Výroba razidiel na lisovanie kovov: Od surovej ocele po prvý úder

Čo skutočne znamená vyrobiť kovovú raznicu

Keď hľadáte informácie ovýroba kovových razidiel, zvyčajne pristanete na jednom z dvoch extrémov: nadšenec dieruje diery do tenkého plechu alebo hustá učebnicová kapitola plná rovníc. Tento článok vypĺňa medzeru medzi týmito svetmi a prevedie vás, ako v skutočnosti vyzerá profesionálna konštrukcia lisovníc, od surovej ocele až po prvý výrobný hit.

Čo je raznica a čo zahŕňa jej výroba

Čo je teda matrica vo výrobe? Vo svojom jadre je lisovacia matrica presným nástrojom zloženým z dvoch párových polovíc, ktoré režú, ohýbajú alebo formujú plech do hotového tvaru pod tlakom lisu. V hornej a dolnej polovici sú umiestnené dierovače, dutiny matrice, odstraňovače, piloty a vodiace komponenty, ktoré spolupracujú pri lokalizácii materiálu, vykonávaní operácií a uvoľňovaní hotového dielu. Jednoduchá definícia razenia: vysoko{2}}procesný proces, ktorý transformuje plochý plech na trojrozmerné{3}}komponenty produkčnou rýchlosťou.

Tu je však rozdiel, ktorý väčšina obsahu prehliada. Obsluha raznice znamená jej vloženie do lisu a bežiacich dielov. Vyrobiť jeden znamená skonštruovať každý komponent z bloku nástrojovej ocele, opracovať ho na mikrónovú-úroveň tolerancií, vytvrdiť ho a dokázať, že produkuje prijateľné diely ešte predtým, ako sa dostane do výroby. Čo je to raziaci lis bez správne postavenej matrice? Len tonáž bez toho, aby bolo kam ísť.

Rozsah tohto článku sa zameriava výlučne na konštrukčnú stránku: návrh, obrábanie, tepelné spracovanie, kontrolu a validáciu. Ak sa pýtate, čo sú matrice a ako sa vyrábajú, ste na správnom mieste.

Prečo zomrieť-Presnosť určuje kvalitu dielu

Každý rozmer na vylisovanom diele sa priamo vracia k tomu, ako boli vyrobené jeho lisovacie formy. Vôľa dierovača--ovláda výšku ostrapu. Geometria dutín určuje tok materiálu. Povrchová úprava tvárniacich ocelí určuje, či sa časti uvoľnia čisto, alebo či sa budú drieť a prilepiť. Keď sa tolerancie posunú čo i len o niekoľko tisícin palca, miera šrotu stúpa, prestoje lisu sa predlžujú a náklady na jeden zásah stúpajú.

Kocka je DNA každej vyrazenej časti. Každá chyba povrchovej úpravy, rozmerová chyba alebo otrep sa viaže k tomu, ako bola matrica vyrobená.

Pochopenie toho, čo je lisovanie kovov na praktickej úrovni, znamená uznať, že lisovnice na lisovanie kovov nie sú všeobecné nástroje. Sú to na mieru-vyrobené nástroje, v ktorých sa každá voľba dizajnu, výber materiálu a operácia obrábania spája s kvalitou, dlhou životnosťou a hospodárnosťou každého dielu, ktorý vyrábajú. Úseky pred nami presne uvádzajú, ako sa to deje, počnúc fázou digitálneho inžinierstva, ktorá predchádza rezaniu triesok.

Pracovný postup pri navrhovaní lisovníc od modelovania CAD po programovanie CAM

Pred rezaním akejkoľvek nástrojovej ocele existuje razidlo úplne ako digitálna geometria. Pred-inžinierskou fázou sú náklady, presnosť a výrobný výkon do značnej miery určované, no je to krok, ktorý väčšina diskusií o konštrukcii lisovnice preskočí.Moderný dizajn raznicespolieha na tri vzájomne prepojené digitálne disciplíny: 3D modelovanie CAD na definovanie každého komponentu, simuláciu CAE na overenie správania pri tvárnení a programovanie CAM na generovanie dráh nástroja, ktoré obrobia každú súčiastku. Urobte túto fázu správne a znížite počet skúšobných cyklov, odpadu a prepracovania. Pomýlite sa a zaplatíte za tieto chyby v oceli.

3D CAD modelovanie pre geometriu raznice a matrice

Návrh kovovej raznice začína 3D parametrickým modelom hotového lisovaného dielu. Inžinieri importujú geometriu dielu, zvyčajne ako STEP alebo natívny CAD súbor, a začnú pracovať spätne od konečného tvaru, aby definovali, ako ho musí forma vytvoriť. Tento reverzný-technický prístup je tam, kde sa dizajn lisovania plechu líši od všeobecného mechanického dizajnu. Nemodelujete len pevné komponenty; modelujete negatívny priestor a pohyb, ktorý vytvorí časť miliónkrát.

Parametrické modelovanie znamená, že každý rozmer je riadený vzťahmi. Zmeňte polomer dierovača a dutina spojovacej matrice, otvor stierača a vrecko podpornej dosky sa automaticky aktualizujú. Táto asociativita zabraňuje nesúladom, ktoré spôsobujú interferenciu počas montáže. Razníky sa modelujú pomocou ich rezných profilov, dĺžok zárezov a uhlov strihu. Bloky matrice majú geometriu dutiny so správnymi vôľami pre konkrétny materiál a hrúbku, ktorá sa lisuje. Odstraňovače, vodiace lišty, vodiace kolíky a pätkové bloky majú všetky tvary v rámci rovnakého modelu zostavy, čo zaisťuje, že každý komponent funguje ako koordinovaný systém.

Rozloženie pásov je kritickou súčasťou tejto fázy modelovania. Dizajnér určí, ako sa plochý pás vloží, koľko materiálu bude medzi časťami, kde sa spoja nosné jazýčky a aká rozstupová vzdialenosť oddeľuje stanice. Dobre-plánované rozloženie pásu vyvažuje využitie materiálu a rozloženie tvárniacej sily a stabilitu podávania. Zlý hniezdny odpadový materiál. Zlé sekvenovanie vytvára nevyvážené sily, ktoré opotrebovávajú matricu nerovnomerne.

CAE simulácia na predpovedanie formovacieho správania

Predstavte si, že lisujete zložitý tvar z vysokopevnostnej ocele- a zistíte, že stena ťahadla sa stenčuje až do prasknutia, ale až potom, čo ste už opracovali dutiny formy. Ten scenár býval bežný. Simulácia CAE dnes predpovedá tieto zlyhania ešte predtým, ako existuje akýkoľvek fyzický nástroj, čo z nej robí jednu z najcennejších techník lisovania kovov, ktoré majú inžinieri k dispozícii.

Analýza konečných prvkov modeluje celý proces tvarovania: kontakt držiaka polotovaru, dráhu razníka, tok materiálu do dutín a následné elastické zotavenie. Simulácia identifikuje zvrásnenie v nepodporovaných oblastiach, stenčenie v úzkych polomeroch a praskanie tam, kde napätie prekračuje limity materiálu. Tiež predpovedá pruženie, čo je tendencia tvarovaného kovu čiastočne obnoviť svoj tvar po odstránení lisovacej sily. V prípade vysokopevnostných ocelí môže byť odpruženie dostatočne silné na to, aby časti úplne vytlačilo z tolerancie.Pokročilé simulačné nástrojeteraz vypočítajte veľkosť spätného pruženia na celom povrchu dielu, čo umožňuje inžinierom proaktívne kompenzovať geometriu lisovnice, namiesto toho, aby hľadali korekcie počas skúšania.

Táto kompenzácia funguje tak, že sa zámerne upraví čelo matrice tak, aby dielec vyskočil späť do správneho konečného tvaru. Bez simulácie sa inžinieri spoliehali na fyzické pokusy-a{2}}omyly, prehnané dohady a opakovanie drahých výsekov. Technológia razenia pokročila do bodu, keď prototyp razenia kovov môže byť overený digitálne predtým, ako sa zapojí do tvrdých nástrojov, čím sa skrátia týždne z časových plánov vývoja a eliminujú sa celé kolá fyzického vzorkovania.

CAM programovanie a stratégia dráhy nástroja

S uzamknutou geometriou a overenou simuláciou prevedie programovanie CAM návrh do strojových inštrukcií. Každý obrys, kapsa a profil na každom komponente matrice potrebuje dráhu nástroja, ktorá vyvažuje kvalitu povrchu, rozmerovú presnosť a čas cyklu. Tu sa rozhodnutia o dizajne lisovania stretávajú s výrobnou realitou.

Programátori CAM definujú stratégie hrubovania, ktoré rýchlo odstraňujú sypký materiál a ponechávajú zásobu na polo{0}}dokončovanie a dokončovanie. Vyberajú geometrie fréz prispôsobené špecifickým funkciám: guľové-frézy s čelným hrotom pre tvarované dutiny, ploché stopkové frézy pre rovinné povrchy a nástroje s malým-priemerom pre úzke rohy. Stratégie dráhy nástroja, ako je-vysokorýchlostné obrábanie s konštantným zaťažením triesky, znižujú rezné sily a predlžujú životnosť nástroja, čo je dôležité pri obrábaní kalenej nástrojovej ocele pri 60+ HRC po tepelnom spracovaní.

V prípade zložitých profilov matrice so zloženými krivkami a podrezaním udržiava 5-osové simultánne programovanie frézu optimálne orientovanú k povrchu, čím sa znižuje výška vrúbkovania a minimalizuje sa ručné leštenie. Jednoduchšie rovinné geometrie môžu potrebovať iba 3-osové práce. Programátor robí tieto rozhodnutia komponent po komponente na základe geometrickej zložitosti a požiadaviek na toleranciu.

Typický pracovný postup pri navrhovaní lisovania kovov od konceptu až po programy pripravené pre stroj-sa riadi definovanou postupnosťou:

1. Import geometrie dielu a kontrola realizovateľnosti
2. Rozloženie pásov, vnorenie a postupnosť operácií
3. Modelovanie komponentov matrice s plnou parametrickou asociativitou
4. Simulácia tvarovania, predikcia odpruženia a kompenzácia tváre matrice
5. Generovanie dráhy nástroja, overenie simulácie a následné{0}}spracovanie pre CNC

Každý krok napája ďalší. Preskočenie simulácie na úsporu času takmer vždy stojí viac prepracovania. Unáhlené programovanie CAM vedie k zlej povrchovej úprave, ktorá si vyžaduje nadmernú ručnú prácu. V digitálnej fáze sa disciplína vypláca, pretože akonáhle začnete rezať oceľ, zmeny sa exponenciálne predražia. Tento prechod od digitálneho modelu k fyzickému kovu, skutočnému obrábaniu komponentov matrice, sa najjasnejšie prejavuje zložitosťou konštrukcie.

Typy razníc a ako sa líši konštrukcia

Nie všetky raznice sú vyrobené rovnakým spôsobom a zložitosť konštrukcie sa výrazne líši v závislosti od typu. Jedna-zaslepovacia matrica môže vyžadovať niekoľko týždňov obrábania. Progresívna matrica s 20 stanicami pre automobilovú lisovaciu matricu môže trvať mesiace presnej práce na desiatkach vzájomne súvisiacich komponentov. Pochopenie typov lisovacích nástrojov pomáha vysvetliť, prečo sa stratégie tvorby, tolerancie a náklady v rámci projektov tak výrazne líšia.

Jedno{0}}staničné matrice verzus zložené matrice

Raznice s jednou stanicou predstavujú najjednoduchšiu kategóriu lisovacích foriem na plech. Každý zdvih lisu vykoná jednu operáciu: prírez, prepichnutie alebo jednu formu. Konštrukcia je pomerne jednoduchá, pretože vytvárate jednu sadu spojovacích nástrojov s jedným záujmom o zarovnanie. Jednoduché matrice zvládajú základné úlohy, ako je rezanie podložiek alebo prepichovanie montážnych otvorov v konzolách.

Zložené matrice výrazne zvyšujú zložitosť. Vykonávajú viacero operácií rezania v jednom zdvihu na jednej stanici. Typická kombinovaná matrica môže súčasne vyprázdniť vonkajší profil a preraziť vnútorné otvory. Konštrukčnou výzvou je tu sústrednosť. Každý otvor razníka a matrice musí byť presne zarovnaný, pretože všetky zaberajú s materiálom v rovnakom okamihu. Tolerancie sa sprísňujú a výrobca lisovnice musí počítať s priehybom pri súčasných rezných silách.

Kombinované matrice idú o krok ďalej tým, že miešajú rezanie a tvarovanie jedným ťahom. Môžete vyprázdniť tvar a nakresliť ho do pohára v jednom lisovacom cykle. Ich vytvorenie si vyžaduje, aby výrobca lisovnice zvládol strihové vôle aj polomery tvarovania v rámci toho istého nástroja, čo si vyžaduje dôkladnú pozornosť, ako materiál prúdi počas kombinovanej operácie. Všetky tieto nástroje sú však-jednotlivé. Skutočná eskalácia zložitosti zostavy nastane, keď prejdete na nástrojové vybavenie, ktoré spracováva pás cez viacero staníc.

Konštrukcia progresívnej matrice a radenie staníc

Progresívne raznice sú ťahúňom-vysokoobjemového razenia. Vykonávajú sériu operácií na viacerých staniciach s každým zdvihom lisu, pričom postupne premieňajú kovový pás na hotový diel. Ako to popisuje časopis MetalForming Magazine, progresívna matrica vykonáva základné operácie s plechom v dvoch alebo viacerých staniciach súčasne, pričom pás sa pohybuje o vopred stanovenú vzdialenosť počas každého zdvihu cez automatizovaný systém podávania.

Znie to v princípe priamočiaro. V praxi patrí stavba medzi najnáročnejšie úlohy pri výrobe nástrojov a foriem. Tu je dôvod:

• Zarovnanie stanice-na{1}}stanicu:Každá stanica musí držať polohu vzhľadom na všetky ostatné v mikrónoch. Kumulatívny posun dokonca 0,01 mm cez desať staníc vytvára diely mimo tolerancie. Výrobník lisovníc obrába všetky funkcie stanice z bežných referenčných bodov a overuje zarovnanie v celej súprave lisovníc.
• Ovládanie výšky tónu:Rozstup je pevná vzdialenosť, o ktorú sa pás posúva medzi ťahmi. Každý prvok v každej stanici musí byť rozmiestnený v presných násobkoch výšky tónu. Ak je dierovací razník na stanovisku tri umiestnený o 0,02 mm mimo rozstupu od formovacieho nástroja na stanovisku osem, tieto prvky nebudú zarovnané na dokončenom diele.
• Vedenie a zdvíhanie pásu:Pás sa musí hladko posúvať cez všetky stanice bez toho, aby sa zachytával o tvarované prvky alebo sa prehýbal medzi zdvihákmi. Zdvíhače tyčí, vodiace lišty a odľahčovacie kapsy medzi stanicami si vyžadujú presné opracovanie, aby sa udržala rovina podávania.
• Čas{0}}medzistanice:Piloti vstupujú do predtým prepichnutých otvorov, aby zaregistrovali polohu pásu pred každou operáciou. Títo piloti musia vstúpiť a stiahnuť v koordinácii s striptérmi a zdvihákmi. Chyby časovania spôsobujú poškodenie prúžku alebo zmeškané registrácie.

Použitie negatívnych a pozitívnych obtokových zárezov v plechových lisovacích nástrojoch tiež zohráva úlohu pri progresívnej konštrukcii lisovníc. Tieto zárezy na okraji pásu poskytujú fyzické referenčné body pre umiestnenie rozstupu a umožňujú senzorom detekovať krátke alebo dlhé posuvy skôr, ako spôsobia poškodenie. Vybudovanie vrúbkovacej stanice so správnou geometriou a polohou je jednou z prvých{2}}kritických operácií zarovnania v matrici.

Konštrukcia oceľových razníc pre progresívne aplikácie si tiež vyžaduje výnimočnú konzistenciu pri výrobe komponentov. Každý razník, vložka matrice a oporná doska musia byť brúsené rovno a rovnobežne. Vodiace čapy a puzdrá musia držať hornú a dolnú čeľusť v zarovnaní pri dynamickom lisovacom zaťažení. Postupová kocka nie je len zbierka staníc; je to koordinovaný mechanický systém, kde každý komponent ovplyvňuje výkon každého druhého.

Prenosové matrice pre veľké alebo hlboko{0}}ťahané diely

Transferové razenie má iný prístup. Namiesto toho, aby boli diely pripevnené k nosnému pásu, jednotlivé polotovary sa odrežú na prvej stanici a mechanicky sa prenesú medzi nasledujúcimi stanicami pomocou chápadiel alebo kyvadlových mechanizmov. Táto metóda je vhodná pre veľké diely, hlboko ťahané škrupiny a geometrie, ktoré nemôžu zostať spojené s pásom počas tvarovania.

Formy na prenos budov predstavujú svoju vlastnú zložitosť. Každá stanica funguje ako nezávislý nástroj, ale všetky musia zdieľať presné zarovnanie s prenosovým systémom. Polohy chápadla, orientácia dielu a vzdialenosť medzi stanicou-k-stanici sa musia presne zhodovať s mechanizmom mechanického prenosu. Automobilové razidlá pre štrukturálne panely karosérie, vnútorné časti dverí a hlboko ťahané kryty bežne používajú prenosové konfigurácie, pretože veľkosť dielu a hĺbka ťahu presahujú to, čo môže pojať progresívny pás.

Nasledujúca tabuľka porovnáva, ako sa líšia konštrukčné požiadavky medzi týmito typmi lisovacích nástrojov:

Skok z jednej{0}}stanice na progresívnu alebo prestupnú výstavbu nie je len otázkou pridávania staníc. Je to zásadný posun v tom, ako plánujete, strojujete a overujete kocku. Každá ďalšia stanica znásobuje počet kritických rozmerov, počet komponentov vyžadujúcich sub-mikrónovú presnosť a počet interakcií, ktoré musia fungovať v zhode. Táto eskalácia požiadaviek na presnosť riadi výber materiálu, ktorému musia výrobcovia lisovníc čeliť pri výbere nástrojových ocelí, ktoré budú tvoriť chrbticu každého komponentu.

Výber nástrojovej ocele podľa toho, čo lisujete

Raznica je len taká odolná ako oceľ, z ktorej je vyrobená, a správna trieda závisí takmer výlučne od toho, aký plech plánujete vyraziť. Mäkká oceľ, nehrdzavejúca oceľ, hliník a vysokopevnostné zliatiny -vystavujú nástroje rôznemu namáhaniu. Niektoré opotrebovávajú hrany postupne odieraním. Iné prinášajú prudké nárazové zaťaženie, ktoré odštiepi krehké ocele. Výber materiálov na lisovanie kovov pre lisovníky, bloky lisovníc a tvarovacie vložky bez zohľadnenia lisovaného materiálu je ako výber pneumatík bez znalosti povrchu vozovky.

Akosti nástrojových ocelí a ich lisovacie aplikácie

Päť kategórií materiálov pokrýva väčšinu komponentov matrice používaných pri výrobnom lisovaní. Každý zaujíma inú pozíciu v spektre tvrdosti-húževnatosti a každý vyhovuje špecifickému režimu zlyhania.

Nástrojová oceľ D2je predvolenou voľbou, keď abrazívne opotrebovanie obmedzuje životnosť nástroja. Jeho vysoký obsah karbidu chrómu udržuje rezné hrany ostré počas dlhých výrobných sérií. Pre veľkoobjemové vysekávanie a dierovanie lisovanej ocele a potiahnutých materiálov poskytuje D2 najlepšiu retenciu hrán. Chýba mu však húževnatosť, aby prežil ťažký náraz, takže nie je ideálny pre hrubé{5}}rozchodné tvárniace stanice, kde dominuje rázové zaťaženie.

Nástrojová oceľ A2funguje najlepšie, keď jasne nedominuje žiadny režim zlyhania. Vyvažuje odolnosť proti opotrebovaniu s dostatočnou húževnatosťou, aby zvládla mierny náraz, čo z neho robí praktickú voľbu pre progresívne matrice, kde viaceré stanice zažívajú zmiešané podmienky opotrebovania, zaťaženia a cyklického nárazu. Pre stredne-objemovú produkciu pod 1 000 000 prístupov poskytuje A2 často nákladovo najefektívnejší-výkon.

Nástrojová oceľ S7uprednostňuje tvrdosť nad všetkým ostatným. Keď sa pri opakovanom náraze diery odštiepia alebo prasknú, najmä pri vysokom-ražbe alebo staniciach s agresívnym dierovacím zaťažením, S7 absorbuje cyklické namáhanie, ktoré by spôsobilo zlomenie-karbidu vyšších tried. Beží s nižšou tvrdosťou (56-58 HRC), ale odoláva únavovému praskaniu oveľa lepšie ako D2 alebo M2.

M2 rýchlorezná-oceľvypĺňa medzeru, kde opotrebenie aj tlakové zaťaženie prispievajú k poruche. Razníky, ktoré si musia zachovať geometriu hrany pri vysokom trvalom tlaku, využívajú kombináciu tvrdosti (60-65 HRC) a pevnosti v tlaku M2. V porovnaní s D2 lepšie odoláva deformácii. V porovnaní s S7 dlhšie drží ostrejšie hrany.

Karbid volfrámudoštičky poskytujú až 30-krát väčšiu odolnosť proti opotrebeniu ako bežná nástrojová oceľ. Zachovávajú si rozmerovú presnosť počas miliónov cyklov, čo z nich robí jedinú praktickú možnosť pre ultra-veľkoobjemové{3}}aplikácie alebo pri lisovaní vysoko abrazívnych materiálov. Kompromis: karbid je krehký, drahý a vyžaduje špeciálne brúsenie alebo EDM na tvarovanie. Nedokáže absorbovať veľké bočné zaťaženie alebo náraz bez rizika katastrofálnej zlomeniny.

Ako lisovaný materiál mení možnosti dizajnu matrice

Plech prechádzajúci matricou určuje, ktoré triedy patria do ktorých pozícií. Zvážte tri bežné scenáre:

Lisovanie z nehrdzavejúcej ocelepredstavuje dvojitú výzvu. Austenitické triedy ako 304 a 316 sú abrazívne a náchylné na adhézne opotrebovanie (zadieranie). Materiálové dielo-rýchlo tvrdne počas tvárnenia, čo zvyšuje rezné sily a urýchľuje opotrebenie hrán. Lisovanie z nehrdzavejúcej ocele si vyžaduje nástroje s vysokou-tvrdosťou, zvyčajne D2 alebo karbidové doštičky na rezacích staniciach, v kombinácii s leštenými povrchmi a -záderovými povlakmi, aby sa zabránilo naberaniu materiálu na tvárniacich oceliach.

Lisovanie hliníkaZdá sa, že by sa mal dať ľahko obrábať, pretože materiál je mäkký. V praxi proces lisovania hliníka vytvára svoje vlastné problémy. Hliník má silnú tendenciu priľnúť k oceľovým povrchom nástrojov, vytvára sa na čelných plochách razníkov a polomeroch lisovníc, až kým sa nezníži kvalita dielu. Pri práci s lisovaným hliníkovým plechom konštruktéri lisovníc uprednostňujú povrchovú úpravu a výber povlaku pred surovou tvrdosťou. Vložky A2 s povlakom DLC alebo TiN{4}} často prekonávajú tvrdšie ocele bez povlaku, pretože odolávajú mechanizmu adhézneho opotrebovania, ktorý využíva hliník.

Vysokopevná-oceľ(ťažnosť nad 590 MPa) vyžaduje súčasne tvrdosť aj húževnatosť. Vysoké formovacie sily materiálu namáhajú komponenty nástrojov pri stlačení, zatiaľ čo jeho tendencia k spätnému pruženiu vyžaduje užšiu geometriu matrice. M2 alebo karbidové-dierovače zvládajú abrazívne zaťaženie na rezacích staniciach, zatiaľ čo S7 môže slúžiť lepšie na tvárniacich staniciach, kde dominuje náraz.

Kedy si karbidové doštičky odôvodnia svoju prémiovú cenu v porovnaní s-kalenou nástrojovou oceľou? Rozhodnutie zvyčajne závisí od objemu a abrazívnosti materiálu. V prípade výrobných sérií presahujúcich jeden milión dielov alebo pri lisovaní nehrdzavejúcich alebo vysokopevnostných zliatin, ktoré rýchlo spotrebúvajú hrany D2, celkové náklady na vlastníctvo karbidu klesnú pod úroveň nákladov na oceľ, pretože sa eliminujú viaceré cykly preostrenia a súvisiace prestoje. Pri nákladoch pod 100 000 dielov alebo pri lisovaní mäkšieho kovu na lisovanie zostáva ekonomickou voľbou cez-kalená nástrojová oceľ.

Výber materiálu nastavuje scénu, ale svoju plnú hodnotu prináša až po správnom opracovaní a tepelnom spracovaní, ktoré aktivuje tieto vlastnosti materiálu. Ďalším krokom v konštrukcii je transformácia týchto surových blokov nástrojovej ocele na presné komponenty matrice prostredníctvom starostlivo zoradených sérií CNC obrábacích operácií.

Procesy CNC obrábania, ktoré tvarujú každý komponent matrice

Blok D2 alebo M2 na palete je len surový potenciál. Premena na funkčný komponent matrice si vyžaduje zámernú sekvenciu CNC obrábacích operácií, z ktorých každá sa vykonáva v špecifickej fáze zo špecifického dôvodu. Na poradí záleží rovnako ako na samotných operáciách. Hrubé príliš agresívne a vytvárate vnútorné napätia, ktoré deformujú diel počas tepelného spracovania. Dokončite pred kalením a stratíte presnosť, keď sa oceľ počas kalenia pohybuje. Každý nástroj na lisovanie kovov a lisovňa sa riadi logikou obrábania postavenou na jednom princípe: odstráňte objem, kým je oceľ mäkká, vytvrdte ju a potom ju upravte na konečnú veľkosť, kým je tvrdá.

Hrubé frézovanie a polo{0}}dokončovanie pred tepelným spracovaním

Súčasti lisovníc začínajú svoju životnosť v žíhanom alebo pred{0}}kalenovanom stave, zvyčajne okolo 20 – 30 HRC. Pri tejto mäkkosti sa materiál ľahko reže, nástroje vydržia dlhšie a rýchlosť úberu materiálu zostáva vysoká. Operácie hrubovania odstránia väčšinu prebytočného materiálu, pričom na všetkých kritických povrchoch zostane 0,5 až 1,0 mm materiálu ako "prídavok na konečnú úpravu" pre neskoršie operácie.

Prečo nechať ten príspevok? Dva dôvody. Po prvé, tepelné spracovanie spôsobuje pohyb rozmerov. Dokonca aj vákuovo-kalená nástrojová oceľ sa mierne posúva, keď sa jej kryštálová štruktúra počas kalenia transformuje. Po druhé, samotný proces hrubovania vytvára zvyškové napätie z rezných síl a lokalizovaného tepla. Ak by ste v tejto fáze obrábali na konečnú veľkosť, sledovali by ste, ako sa tieto rozmery po vytvrdnutí menia.

Medzi hrubovaním a tepelným spracovaním sa v rámci cyklu-odstránenia pnutia pri teplote približne 600-650 stupňov Celzia uvoľňujú vnútorné napätia spôsobené agresívnym rezaním. Polo{6}}prechody potom približujú povrchy ku konečným rozmerom, zvyčajne v rozmedzí 0,2-0,3 mm, pri zachovaní rovnomerného stavu materiálu, ktorý zaisťuje rovnomerný prienik tepla počas následného cyklu vytvrdzovania. CNC sústruženie spracováva v tejto fáze okrúhle komponenty, ako sú vodiace kolíky, puzdrá a kruhové razníky, čím sa vytvára geometria takmer čistého tvaru pred transformáciou ocele.

Dokončite brúsenie a{0}}vysokorýchlostné tvrdé frézovanie po kalení

Akonáhle tepelné spracovanie privedie komponenty k ich pracovnej tvrdosti 58-65 HRC, materiál sa pod frézou správa úplne inak. Teraz je to brúsna pevnosť, ktorá odoláva tradičnému obrábaniu. Túto výzvu zvládajú dve stratégie dokončovania: presné brúsenie a vysokorýchlostné tvrdé frézovanie.

Povrchové brúsenie prináša plochým súčiastkam, ako sú matrice, oporné dosky a oterové lišty, konečnú hrúbku s toleranciami rovinnosti +/- 0.005 mm alebo lepšou. Cylindrické brúsenie dokončuje okrúhle komponenty s toleranciou priemeru v mikrónoch. Brúsenie vyniká pri vytváraní geometrickej dokonalosti na prístupných povrchoch. Akošpecialisti na presné obrábanie pozn, keď dizajn vyžaduje rovinnosť alebo rovnobežnosť v rozmedzí +/- 0.002 mm, brúsenie je jedinou logickou voľbou, ktorá poskytuje povrchovú úpravu až do Ra 0,1 mikrometra.

Vysokorýchlostné tvrdé frézovanie sa ukázalo ako účinný doplnok brúsenia. Pri použití nástrojov z tvrdokovu alebo PCBN pri vysokých rýchlostiach vretena tento proces využíva adiabatické strihanie: doba kontaktu nástroja je taká krátka, že väčšina tepla sa prenesie do triesky a nie do obrobku. Výsledkom je efektívny úber materiálu z kalenej ocele bez tepelného poškodenia povrchu súčiastky. Tvrdé frézovanie môže odoberať materiál až päťkrát rýchlejšie ako brúsenie, pričom generuje zvyškové tlakové napätie na povrchu, čo skutočne prospieva únavovej životnosti lisovacích nástrojov vystavených cyklickému zaťaženiu.

Praktické rozdelenie týchto metód je jednoduché. Brúsenie zvládne ploché základne, rovnobežné povrchy a jednoduché valcové profily. Tvrdé frézovanie si poradí s 3D kontúrami, geometriou vreciek a zložitými profilmi dutín, ktoré brúsny kotúč fyzicky nemôže dosiahnuť. Väčšina komponentov matrice vyžaduje oboje: brúsené referenčné povrchy na prispôsobenie zostavy a tvrdé{4}}frézované obrysy na tvarovanie geometrie. Tento hybridný prístup je štandardnou praxou vo výrobe nástrojov na lisovanie kovov, pretože každý proces pokrýva geometrie, ktoré ten druhý nemôže.

5-osové CNC pre zložité profily zápustiek

Nie každý komponent matrice môže byť dokončený 3-osovou prácou. Keď má tvárniaci razník zložené krivky alebo ak má dutina matrice hlboké steny s prehĺbenými povrchmi a malými polomermi, 3-osové frézovacie sily sú kompromisom. Nástroj sa môže priblížiť iba zhora, čo si vyžaduje dlhšie frézy, ktoré sa pri zaťažení vychyľujú a na šikmých povrchoch zanechávajú stopy po hrebeni, ktoré si vyžadujú nadmerné ručné leštenie.

5-osové obrábanie to rieši naklonením nástroja alebo obrobku, čo umožňuje fréze zachovať optimálnu orientáciu vzhľadom na rezaný povrch. Podľaporovnania obrábacích schopností, 5-osové frézy dosahujú tolerancie +/- 0.0005 palcov s povrchovou úpravou až do Ra 0,4 mikrometra a obrábajú zložité 3D povrchy v jedinom nastavení, ktoré by vyžadovalo viacnásobné premiestnenie na 3-osovom stroji.

Pri aplikáciách s nástrojmi a lisovaním je 5-osová schopnosť najdôležitejšia v týchto situáciách:

• Hlboké vyťahovacie dutinyso zloženými-zakrivenými stenami, ktoré vyžadujú krátke, pevné nástroje orientované kolmo k povrchu
• Stanice progresívneho tvárneniaso šikmými prvkami, ktoré nie je možné dosiahnuť z vertikálneho prístupu
• Komplexné dierovacie profilykde je potrebné opracovať viacero prvkov podrezania bez opätovného{0}}upevnenia

Nie každý komponent však odôvodňuje 5{2}}osový čas. Jednoduché ploché lisovacie dosky, oporné dosky a vložky s rovnými-stenami obrábajú efektívne na 3-osových zariadeniach pri nižších hodinových sadzbách. Rozhodnutie sa týka geometrie: ak si prvok vyžaduje premiestnenie alebo nástroj s dlhým dosahom na 3-osovom stroji, 5-osový zvyčajne poskytuje lepšiu presnosť pri nižších celkových nákladoch napriek vyššej rýchlosti stroja. Pri výrobe lisovníc určených pre vysokorýchlostný lis na kov sa rozmerová presnosť dosiahnuteľná prostredníctvom 5-osového dokončovania priamo premieta do užších tolerancií dielov a dlhších intervalov medzi údržbou.

Kompletná postupnosť obrábania typického komponentu matrice, od surového bloku po leštenú doštičku pripravenú na montáž, nasleduje tento postup:

1. Hrubé frézovanie všetkých prvkov v mäkkom (žíhanom) stave, pričom na kritických povrchoch zostáva 0,5-1,0 mm materiálu
2. Uvoľnenie napätia pri 600-650 stupňoch Celzia na uvoľnenie zvyškového napätia spôsobeného obrábaním
3. Polo{0}}dokončenie s presnosťou 0,2 – 0,3 mm od konečných rozmerov s jednotnou rezervou
4. Odoslať na tepelné spracovanie na vákuové kalenie a popúšťanie na cieľovú tvrdosť
5. Dokončite brúsenie referenčných povrchov a tvrdé frézovanie zložitých obrysov na konečné rozmery
6. Finálne vyleštené povrchy na požadované hodnoty Ra pre tok materiálu a uvoľnenie dielu

Každý krok je bránou k ďalšiemu. Preskočenie uvoľnenia napätia pred tepelným spracovaním vedie k skresleniu. Tvrdé frézovanie pred overením rozmerov po-tepelnej{3}}úprave mrhá strojovým časom na časti, ktorá sa mohla posunúť za hranice využiteľnosti. Disciplína tejto sekvencie je to, čo oddeľuje profesionálnu výrobu kovových nástrojov a lisovníc od obchodov, ktoré riešia problémy prerábaním.

Presné brúsenie a tvrdé frézovanie zvládajú väčšinu geometrií zápustiek, ale niektoré funkcie presahujú to, čo môže dosiahnuť akákoľvek rotačná fréza alebo brúsny kotúč. Ostré vnútorné rohy, úzke štrbiny a zložité priechodné-profily vyžadujú úplne iný mechanizmus odstraňovania, ktorý reže skôr elektrickou iskrou než mechanickou silou.

Drôtové EDM a Sinker EDM pre zložité geometrie matrice

Fréza, bez ohľadu na to, aký je jej priemer malý, zanecháva v každom vnútornom rohu polomer rovný jej vlastnej veľkosti. Brúsny kotúč sa nedostane do úzkej štrbiny. Tieto fyzikálne obmedzenia znamenajú, že určité komponenty razidiel, najmä zložité plechové raznice a raznice, vyžadujú zásadne odlišný proces odstraňovania materiálu. Obrábanie elektrickým výbojom odstraňuje kov prostredníctvom riadenej iskrovej erózie namiesto mechanickej reznej sily, čím sa vytvárajú geometrie, ktoré žiadny rotujúci nástroj nedokáže napodobniť.

Drôtové EDM pre presné dierovacie a matricové profily

Drôtové EDM používa tenký mosadzný alebo potiahnutý drôt, zvyčajne s priemerom 0,1 až 0,3 mm, ako elektródu, ktorá prerezáva obrobok pozdĺž CNC-naprogramovanej dráhy. Drôt sa nikdy nedotýka materiálu. Namiesto toho rýchle elektrické výboje odparujú mikroskopické častice, zatiaľ čo deionizovaná voda preplachuje úlomky a ochladzuje oblasť rezu. Pretože drôt prechádza úplne cez obrobok,drôtové EDM vyrába prostredníctvom-rezaných profilov s vnútorným polomerom tak malým, ako je samotný priemer drôtu, oveľa ostrejšie, ako môže dosiahnuť akákoľvek fréza.

V prípade lisovacej matrice na plech je drôtová EDM cesta-na proces rezania dierovacích profilov, otvorov v matrici a voľných otvorov po tepelnom spracovaní. Všimnete si, že je to kritické: rezanie kalenej nástrojovej ocele pri 60+ HRC je rutinou pre drôtové EDM, pretože tvrdosť materiálu má minimálny vplyv na eróziu iskier. Obrábacie stroje D2, M2 a dokonca aj karbid s rovnakou ľahkosťou. Profily lisovníc, ktoré si vyžadujú tesné vzťahy medzi lisovníkom a otvorom lisovnice, niekedy len 5 – 8 % hrúbky materiálu na stranu, sa spoliehajú na schopnosť EDM drôtu udržať tolerancie v rozsahu +/- 0.005 mm za kontrolovaných podmienok.

Viacnásobné skim prechody postupne zdokonaľujú presnosť a povrchovú úpravu. Hrubým rezom sa odstráni veľká časť materiálu, potom sa dva až štyri dokončovacie prechody oholia mikrónmi naraz, čím sa pri každom prechode zlepší tak rozmerová presnosť, ako aj kvalita povrchu. Vďaka tomu je drôtová EDM ideálna na rezanie združených profilov komponentov lisovacích lisovníc, kde výška otrepu na každom lisovanom diele určuje -k- lisovaniu.

Sinker EDM pre dutiny a zložité obrysy

Tam, kde drôtová elektroerozívna elektroerozívna práca vyniká v prerezaných-profiloch, ponorná elektroerozívna fréza zvládne slepé dutiny, 3D obrysy a textúrované povrchy, ktoré drôt fyzicky nedokáže vytvoriť. Tento proces využíva elektródu vlastného-tvaru, zvyčajne opracovanú z grafitu alebo medi, ktorá sa „zaborí“ do obrobku prostredníctvom iskrovej erózie. Tvar elektródy priamo zodpovedá geometrii dutiny, ktorú potrebujete, a ako proces postupuje, tisíce mikro-iskier za sekundu presne odstraňujú materiál, zatiaľ čo dielektrikum uhľovodíkového oleja riadi teplo a nečistoty.

V konštrukcii lisovacích lisovníc na kov nachádza hĺbkový EDM svoju úlohu pri vytváraní dutín so zložitými 3D povrchmi, razením detailov a raziacich prvkov, ktoré žiadna fréza nedosiahne bez vychýlenia. Vytvára tiež textúrované povrchy na plochách razidiel, kde riadená drsnosť napomáha toku materiálu počas tvarovania. Proces nevytvára žiadnu mechanickú silu na obrobok, čo znamená, že tenké časti matrice a jemné prvky zostanú počas obrábania nedeformované.

Kompromisom je rýchlosť a cena nástrojov. Každá elektróda musí byť prispôsobená-vyrobeniu tak, aby zodpovedala požadovanej dutine, a elektródy sa počas používania opotrebúvajú, čo niekedy vyžaduje viacero kópií pre jeden prvok. Časy cyklov bežia pomalšie ako drôtové EDM pre ekvivalentné objemy materiálu. Ale pre slepé dutiny v kalenej oceli zostáva EDM závažia jedinou praktickou možnosťou.

Lapovanie a leštenie pre kvalitu povrchu

EDM zanecháva na opracovaných povrchoch charakteristickú pretavenú vrstvu, tenkú zónu znovu stuhnutého materiálu, ktorý môže byť tvrdší a krehkejší ako základná oceľ. Na rezanie komponentov, ako sú razidlá a otvory v matrici, je táto vrstva zvyčajne prijateľná alebo dokonca výhodná. Na tvarovanie plôch, kde plech musí pod tlakom hladko tiecť, je potrebné ho odstrániť.

Lapovanie používa jemné brúsne zmesi na plochých alebo tvarovaných lapoch na odstránenie materiálu na sub{0}}mikrónovej úrovni, čím sa dosiahne rovinnosť a povrchové úpravy, ktorým sa samotné brúsenie nevyrovná. Je to štandardná metóda na dosiahnutie geometrickej dokonalosti kritických lícujúcich plôch plechového nástroja, ktorá je potrebná pre rovnomerný kontakt pri zaťažení lisom.

Leštenie špecificky rieši tvarovanie povrchov. Ako skúsení výrobcovia razidiel atPoznámka výrobculeštenie v smere toku kovu znižuje trenie a pomáha plechu pohybovať sa cez ťahacie a tvarovacie stanice bez zadierania. Nie každý povrch však profituje zo zrkadlovej úpravy. Ocele s hrubším ťahaním-v skutočnosti fungujú lepšie pri nástrojoch s miernou štruktúrou, pretože ich mikro-údolia zachytávajú mazivo. Rozhodnutie o tom, kde leštiť a kde ponechať riadenú textúru na lisovacom nástroji z plechu, závisí od konkrétneho lisovaného materiálu a od typu tvárniacej operácie na každej stanici.

EDM a povrchová úprava spolu dávajú výrobcom nástrojov kontrolu nad geometriami a stavmi povrchu, ktoré samotné CNC obrábanie nedokáže poskytnúť. Tieto procesy dokončujú fázu tvarovania konštrukcie formy. Surová geometria a povrchová úprava sú však len časťou toho, čo robí komponenty lisovacích nástrojov výkonné pri výrobnom zaťažení. Samotná oceľ musí byť transformovaná tepelným spracovaním a ochrannými nátermi, aby odolala miliónom nárazov, abrazívnych cyklov a tepelných javov, ktoré si výroba lisovania vyžaduje.

Tepelné spracovanie a povrchové nátery, ktoré predlžujú životnosť matrice

Opracovanie dáva komponentu formy jeho tvar. Tepelné spracovanie mu dáva mechanické vlastnosti, aby prežil výrobu. Bez riadneho kalenia a popúšťania by sa aj ten najpresnejšie opracovaný razník D2 deformoval pri lisovacom zaťažení v priebehu tisícok úderov. A bez ochranných povlakov by opotrebenie lepidla zničilo tvarovacie povrchy dlho predtým, ako sa abrázia stala limitujúcim faktorom. Tieto dva po-kroky obrábania, tepelné spracovanie a povrchová úprava, sú miestom, kde sa získava alebo stráca životnosť nástroja.

Postupy vákuového kalenia a temperovania

Vákuové kalenie ohrieva nástrojovú oceľ na jej austenitizačnú teplotu v nízkotlakovej komore- a potom ju ochladzuje pomocou vysokotlakového inertného plynu. Vákuové prostredie zabraňuje oxidácii a oduhličeniu, pričom zachováva celistvosť povrchu, ktorá bola starostlivo vytvorená počas dokončovacieho obrábania. Časti sú čisté a rozmerovo stabilné s minimálnym skreslením v porovnaní s metódami založenými na atmosfére-.

Jediný cyklus zhášania nie je nikdy úplným príbehom. Po vytvrdzovaní nasleduje temperovanie, zvyčajne v dvoch alebo troch cykloch pri postupne klesajúcich teplotách. Každá temperácia premieňa zadržaný austenit na stabilný martenzit, uvoľňuje vnútorné napätie z kalenia a vylaďuje konečnú rovnováhu medzi tvrdosťou a húževnatosťou. Preskočenie cyklu temperovania zanecháva nestabilné mikroštruktúry, ktoré sa môžu počas výroby rozmerovo posúvať, čo spôsobuje progresívnu stratu tolerancie, ktorú je ťažké diagnostikovať.

Kryogénna úprava posúva túto premenu ďalej. Ochladením komponentov na približne mínus 300 stupňov Fahrenheita pomocou tekutého dusíka pri riadenom zostupe počas niekoľkých hodín kryogénne spracovanie premieňa zvyškový austenit, ktorý zanecháva štandardné temperovanie. Výskum publikovaný vInternational Journal of Engineering Scienceje zdokumentované, že vedecky kontrolovaný hĺbkový kryogénny proces vedie- k predĺženiu životnosti o viac ako 200 percent vo viacerých aplikáciách nástrojov. Zmeny na molekulárnej-úrovni, vrátane zlepšenej distribúcie karbidov a úplnej martenzitickej transformácie, znižujú koeficient trenia a natrvalo zvyšujú rozmerovú stabilitu. Pri lisovacích nástrojoch, u ktorých sa očakáva, že prebehnú milióny cyklov, môže kryogénne spracovanie po konvenčnom tepelnom spracovaní zdvojnásobiť alebo strojnásobiť užitočnú životnosť lisovnice, kým bude potrebné opätovné ostrenie.

PVD a CVD povlaky, ktoré znižujú opotrebovanie a odieranie

Tepelné spracovanie optimalizuje sypký materiál. Povlaky chránia povrch, kde skutočne dochádza ku kontaktu nástroja s--listom. Fyzikálne nanášanie pár (PVD) a chemické nanášanie pár (CVD) nanášajú tenké keramické vrstvy, typicky s hrúbkou 2 až 5 mikrónov, ktoré dramaticky znižujú trenie a odolávajú prenosu materiálu z lisovaného plechu na povrch matrice.

Prečo na tom záleží? Pri lisovaní nehrdzavejúcej ocele tendencia materiálu k práci-tvrdnúť a vytvárať nánosy lepidla na povrchoch matrice, čo rýchlo znižuje kvalitu dielu. Skúška v lisovni Ford Motor Company,Informovali o tom výskumníci z Deakin Universityzistili, že matrice s povlakom TiCN-predĺžili životnosť matrice o faktor viac ako 20 v porovnaní s leštenými povrchmi bez povlaku pri lisovaní materiálov náchylných na odieranie-. Povlak odložil kritickú fázu prenosu materiálu-na neurčito v rámci skúšobného intervalu 20 000 cyklov.

Každý typ povlaku sa zameriava na špecifický mechanizmus opotrebovania:

• TiN (nitrid titánu):Všeobecná-ochrana proti opotrebovaniu s tvrdosťou okolo 2000-2500 HV. Cenovo-efektívne pre lisovanie zmiešaných materiálov pri stredných rýchlostiach a objemoch.
• TiCN (karbonitrid titánu):Vyššia tvrdosť a nižšie trenie ako TiN. Vyniká proti abrazívnym materiálom vrátane lisovania kovov z nehrdzavejúcej ocele, kde pracovné-tvrdené povrchy urýchľujú opotrebovanie hrán.
• TiAlN (nitrid titán-hlinitý):Toleruje teploty nad 800 stupňov Celzia vytváraním ochrannej vrstvy oxidu hlinitého pod teplom. Vhodné pre vysokorýchlostné-razenie a aplikácie, kde rozpad maziva spôsobuje zvýšené teploty nástroja.
• DLC (diamantový-ako uhlík):Extrémne nízky koeficient trenia približne 0,1 až 0,15, ktorý bráni naberaniu lepidla. Primárna voľba pre lisovacie nástroje na lisovanie hliníka a nástroje na lisovanie hliníka, kde je dominantným spôsobom zlyhania skôr odieranie lisovaného hliníka na povrchu lisovnice než abrazívne opotrebovanie.

Výber povlaku priamo nadväzuje na lisovaný materiál. Pre lisovanie z nehrdzavejúcej ocele 316, kde súčasne abrázia aj adhézia napádajú nástroje, TiCN alebo TiAlN poskytujú tvrdosť a chemickú inertnosť potrebnú na odolanie oderu na tvárniacich staniciach. Pri lisovaní hliníka zabraňuje ultra-nízke trenie DLC prilepeniu mäkkého materiálu k povrchom nástrojov, čím udržuje povrch dielov čistý a intervaly údržby matrice sú dlhé.Porovnania výkonnostipotvrdzujú, že zníženie trenia DLC výrazne znižuje rezný odpor a zabraňuje priľnavosti triesok pri obrábaní alebo tvárnení mäkkých kovov, ako je hliník a meď.

Kombinačný účinok týchto rozhodnutí je významný. Matrica vyrobená zo správnej kvality nástrojovej ocele, riadne vákuovo-kalená kryogénnou úpravou a potiahnutá správnou keramickou vrstvou, môže fungovať tri až päťkrát dlhšie ako matrica, pri ktorej bol ohrozený ktorýkoľvek krok. Tento multiplikátor sa priamo premieta do menšieho počtu prestávok vo výrobe, nižších nákladov na zásah a konzistentnejšej kvality lisovaných dielov počas celej životnosti lisovnice. Kvantifikácia tohto výkonu si však vyžaduje prísne meranie v každej fáze, od prvej rozmerovej kontroly po tepelnom spracovaní až po konečnú kontrolu skúšobne-lisovaných dielov.

Kontrola kvality od prvého rezu po skúšobné razenie

Matricu možno opracovať z prvotriednej nástrojovej ocele, tepelne-dokonale spracovať a potiahnuť ideálnou keramickou vrstvou, no napriek tomu zlyhá vo výrobe, ak nikto neoverí rozmery medzi fázami. Kontrola kvality pri presnom lisovaní nie je konečným kontrolným bodom. Ide o sériu brán zabudovaných do celej výrobnej sekvencie, pričom každá z nich potvrdzuje, že komponent je pripravený na postup. Preskočte bránu a riskujete, že sa pri každej ďalšej operácii vytvorí skorá chyba, až kým sa nevynorí ako šrot na lisovacej podlahe.

Kontrola CMM a overenie drsnosti povrchu

Súradnicové meracie stroje sú v centre overovania rozmerov na lisovanie komponentov lisovnice. Sonda CMM sa dotýka alebo skenuje kritické prvky, zachytáva údaje súradníc XYZ a porovnáva ich s 3D modelom CAD. V prípade lisovacích vložiek, razidiel a dutinových blokov CMM kontroluje presnosť polohy otvorov, zhodu profilu tvarovaných povrchov a geometrické vzťahy, ako je rovinnosť, rovnobežnosť a kolmosť, ktoré určujú, ako do seba zapadajúce časti počas montáže zapadajú.

Kedy sa uskutočňujú tieto merania? Nielen na konci. V-kontrolách procesu po hrubom obrábaní sa potvrdzuje, že na všetkých kritických povrchoch zostáva dostatok materiálu pred uvoľnením napätia a polodokončovaním-. Po tepelnom spracovaní opätovná kontrola CMM-overí, koľko rozmerových pohybov nastalo počas kalenia, čo konečnému strojníkovi presne povie, koľko materiálu má odobrať a kde. Kontrola po-dokončení-brúsenia vygeneruje záverečnú správu o zhode, ktorá uvoľní každý komponent na montáž. Ako sa uvádza v detailoch Moeller Precision Tool, výrobcovia presných nástrojov dodržiavajú tolerancie až 0,0002 palca, pričom používajú CMM zariadenia spolu s optickými komparátormi a systémami na meranie profilu na overenie zhody v každej fáze.

Meranie drsnosti povrchu dopĺňa rozmerové údaje. Profilometer sleduje opracovaný alebo leštený povrch a hlási hodnoty Ra (aritmetická priemerná drsnosť) a Rz (priemerná výška od vrcholu-do-údolia). Prečo je to dôležité pre proces lisovania kovov? Pretože povrchová úprava tvárniacich ocelí riadi trenie, tok materiálu a uvoľňovanie dielov. Tvarovací razník špecifikovaný na Ra 0,2 mikrometrov, ktorý v skutočnosti meria Ra 0,8, vytvorí diely s viditeľnými stopami a nekonzistentnou hrúbkou steny. Overenie drsnosti povrchu pred montážou zabraňuje tomu, aby sa tieto následné problémy s kvalitou dostali do lisu.

Testovanie tvrdosti tvorí ďalšiu kritickú bránu, najmä po tepelnom spracovaní. Merania tvrdosti podľa Rockwella na viacerých miestach každého komponentu potvrdzujú rovnomernú transformáciu. Razník, ktorý ukazuje 60 HRC na prednej strane, ale 56 HRC na jeho základni, indikuje neúplné vytvrdnutie, potenciálne spôsobené nedostatočným časom namáčania alebo nekonzistentnosťou kalenia. Protokoly priemyselnej kontroly špecifikujú, že hodnoty tvrdosti musia spadať do definovaného rozsahu, pretože príliš{5}}nízka tvrdosť vedie k rýchlemu opotrebovaniu, zatiaľ čo príliš{6}}vysoká tvrdosť vytvára krehkosť a riziko lomu pri lisovaní.

Funkčné kontroly vhodnosti dokončia overenie pred{0}}montážou. Spojovacie komponenty, ako je razidlo a jeho zodpovedajúci otvor matrice, sú fyzicky zostavené na pracovnom stole, aby sa overili vzťahy medzi vôľou, posuvné uloženie na vodiacich prvkoch a podmienky vzájomného presahu na podrobnosti lisovaného-zloženia. Optické komparátory prekrývajú zväčšené profily komponentov oproti konštrukčnej geometrii, aby zachytili jemné odchýlky, ktoré by mohli prehliadnuť bodové snímanie CMM. Tieto kontroly lícovania potvrdzujú, že jednotlivé komponenty budú fungovať ako koordinovaný systém po priskrutkovaní k súprave matrice.

Skúšobné prevádzky a meranie prvej{0}}časti článku

Kontrola montáže potvrdzuje, že matrica vyzerá správne. Skúšobné razenie dokazuje, že to funguje. Hotová matrica je namontovaná v lise, pásový materiál je privádzaný a prvé diely vychádzajú z nástroja. Toto je moment, ktorý potvrdzuje každé predchádzajúce rozhodnutie, od geometrie CAD cez obrábanie a tepelné spracovanie. Úspešná skúška produkuje kovové lisovacie diely, ktoré spĺňajú rozmery tlače, vykazujú čisté okraje a tvarujú sa bez praskania, zvrásnenia alebo nadmerného pruženia.

Skúšobné behy sa riadia štruktúrovaným protokolom. Forma je nastavená na vypočítanú uzatváraciu výšku, podávaná kontrolovanou rýchlosťou a spočiatku beží so zníženou tonážou, zatiaľ čo operátori pozorujú postup pásu, počúvajú abnormálny hluk a vizuálne kontrolujú niekoľko prvých častí. Stabilita podávania pásu, zapojenie pilota a funkcia stripovania sú monitorované v reálnom čase. Ak je matrica progresívneho typu, práca každej stanice sa vyhodnotí nezávisle preskúmaním čiastočne dokončených dielov na medzistaniciach pred konečným separačným rezom.

Prvá{0}}kontrola článku meria skúšobné{1}}zalisované diely podľa technického výkresu pomocou rovnakého zariadenia CMM, ktoré overilo samotné komponenty matrice. Zaznamenáva sa každý kritický rozmer, popis GD&T a špecifikácia povrchu. Výsledná správa buď potvrdzuje zhodu, alebo identifikuje odchýlky, ktoré si vyžadujú úpravu matrice. Bežné úpravy zahŕňajú vyrovnávanie tvarovacích staníc na korekciu uhlového pruženia, opätovné{5}}leštenie povrchov, na ktorých sú stopy po ťahu, alebo nastavenie razenia-na-vôľu razidla na staniciach produkujúcich nadmerné otrepy. Ako zdôrazňujú špecialisti na lisovacie skúšky, dôkladná prvá-kontrola výrobku poskytuje podrobné správy o meraní, fyzické skúšobné vzorky a dokumentáciu, ktorá potvrdzuje, že matrica je pripravená na výrobu{10}}pred odoslaním.

Každý kovový lisovaný diel, ktorý opúšťa výrobný lis, zdedí kvalitu zabudovanú do lisovnice. Skúšobné razenie je miesto, kde je toto dedičstvo preukázané. Forma, ktorá prejde prvou kontrolou výrobku- so všetkými rozmermi v rámci tolerancie a so všetkými povrchmi bez chýb, predstavuje overené nástroje, pripravené na konzistentnú výrobu lisovaných kovových dielov v stovkách tisíc alebo miliónoch cyklov.

Celá sekvencia kontrolných brán, od prvého čipu po overený výrobný nástroj, nasleduje tento postup:

1. V-procesných rozmerových kontrolách po hrubom a polodokončenom{1}}obrábaní{1}} na overenie tolerancie zásob
2. Overenie tvrdosti po-tepelnom-úprave a opätovnom meraní CMM-rozmerov
3. Záverečná správa CMM po dokončovacom brúsení a tvrdom frézovaní potvrdzuje všetky vlastnosti v rámci tolerancie
4. Kontrola montáže lícujúcich komponentov, overenie vôle a porovnanie optického profilu
5. Skúšobné razenie na produkčnom-ekvivalentnom lise s kontrolovanými parametrami
6. Prvá{0}}kontrola článku, ktorá meria lisované diely v porovnaní s technickými výtlačkami s úplným vykazovaním rozmerov

Každá brána musí prejsť pred začatím prác. Táto disciplína zabraňuje najdrahšiemu zlyhaniu kvality pri výrobe lisovníc: objaveniu problému po dokončení všetkých následných operácií na chybnom komponente.

Výrobcovia, ktorí pokrývajú celý tento životný cyklus pod jednou strechou, od hodnotenia uskutočniteľnosti a simulácie CAE cez presné obrábanie, skúšobné prevádzky a kontrolu CMM, eliminujú komunikačné medzery, ktoré vznikajú, keď sú zodpovednosti rozdelené medzi viacerých predajcov.Proces razenia YICHENje príkladom tohto integrovaného prístupu, overovaním lisovníc v každej tu opísanej fáze, takže nástrojoví inžinieri a manažéri zdrojov dostanú nástroje pripravené na výrobu{0}}podložené zdokumentovanými kontrolnými údajmi na každej bráne. Pre tímy, ktoré prechádzajú od výskumu k aktívnemu vývoju RFQ, partnerstvo s jediným-poskytovateľom zdroja, ktorý vlastní celý reťazec kontroly kvality, znižuje riziko a výrazne skracuje časové harmonogramy.

Inšpekcia a validácia uzatvárajú výrobnú slučku, ale skutočným meradlom raznice je to, ako sa všetky tieto jednotlivé rozhodnutia, od geometrie CAD cez výber materiálu, postupnosť obrábania, tepelné spracovanie a overovanie kvality, spájajú do dlhodobej-výkonnosti výroby.

Spojenie všetkého od uskutočniteľnosti po výrobu

Teraz ste prešli každou fázou výroby lisovacej formy na kov: digitálny dizajn a simulácia, výber materiálu, CNC obrábanie, EDM spracovanie, tepelné spracovanie, povlakovanie a overovanie kvality. Každá sekcia pokrývala izolovaný proces. V skutočnosti tieto kroky nefungujú nezávisle. Skladajú sa. Konštrukčné rozhodnutie v CAD sa posúva vpred prostredníctvom výberu materiálu, stratégie obrábania a nakoniec do kvality lisovaných dielov, ktoré váš lis produkuje pri plnej rýchlosti. Pochopenie toho, ako toto zloženie funguje, je to, čo oddeľuje lisovaciu matricu, ktorá poskytuje 500 000 spoľahlivých zásahov, od tej, ktorá degraduje po 10 000.

Ako sa každé výrobné rozhodnutie spája do výkonu lisovnice

Myslite na proces lisovania ako na reťazec multiplikátorov a nie ako postupnosť pridávania. Výber správnej triedy nástrojovej ocele jednoducho nepridáva odolnosť. Znásobuje výhody každého následného kroku. Vákuové-kalenie dobre{4}}vybranej doštičky D2 prináša lepšie výsledky ako vákuové-kalenie okrajovej triedy. Aplikácia povlaku TiCN na správne temperovaný a leštený povrch poskytuje jeho plný potenciál-zníženia trenia. Naneste ten istý náter na povrch so zvyškovým napätím z vynechaných cyklov temperovania a odlupuje sa v priebehu tisícov ťahov.

Rovnaká logika funguje aj opačne. Skratka v ktorejkoľvek fáze rozdeľuje výkon všetkého, čo nasleduje. Prebiehajúca simulácia CAE a chýbajúca predpoveď odpruženia znamená, že geometria matrice je nesprávna ešte pred začatím obrábania. Pod-špecifikovaním nástrojovej ocele pre nerezovú aplikáciu povlaky bojujú s prehratým bojom proti deformácii substrátu pod nimi. Preskočenie uvoľnenia napätia pred tepelným spracovaním spôsobuje deformáciu, ktorá sa pri dokončovacom brúsení nemôže úplne obnoviť. Každý kompromis odpočítava životnosť lisovnice, kvalitu dielu a prevádzkovú dobu výroby.

Čo vlastne oddeľuje kocku, ktorá má 100,000+ zásahov od tej, ktorá zlyhá skôr? Zvyčajne nejde o jednu katastrofickú chybu, ale o nahromadenie marginálnych rozhodnutí:

• Dizajnové skratky:Nedostatočná simulácia vedie k pokusom{0}}a{1}}opravám na tvrdenej oceli, čím sa oslabujú komponenty opakovanými úpravami
• Materiálové kompromisy:Výber A2, kde je zaručený D2 alebo karbid, šetrí počiatočné náklady, ale zdvojnásobuje frekvenciu preostrovania a prestoje lisu
• Porušenie poradia obrábania:Dokončovanie pred riadnym uvoľnením napätia spôsobuje rozmerovú nestabilitu, ktorá sa zhoršuje pri cyklickom zaťažení lisu
• Medzery tepelného spracovania:Chýbajúci cyklus temperovania alebo preskočenie kryogénneho spracovania zanecháva zadržaný austenit, ktorý sa počas výroby nepredvídateľne transformuje, čo spôsobuje progresívny posun tolerancie
• Kontrola sa skončí:Uvoľnenie komponentov bez overenia rozmerov po-tepelnej{1}}úprave znamená zostavenie matrice z častí, ktoré už môžu byť mimo špecifikácie

Výrobný proces lisovania kovov odmeňuje disciplínu pri každej bráne. Očakávania nákladov a časovej osi sa primerane upravia. Jednoduchá-zaslepovacia matrica s jednou stanicou môže vyžadovať 4 až 6 týždňov a investíciu 5 000 až 15 000 USD do nástrojov. Stredne progresívna matrica s 8 až 12 stanicami zvyčajne vyžaduje 8 až 12 týždňov a 25 000 až 60 000 USD. Zložité automobilové progresívne alebo transferové matrice s úzkymi toleranciami, viacerými formovacími stanicami a vysokými{18}}požiadavkami na životnosť môžu presiahnuť 16 týždňov a náklady na nástroje vo výške 100 000 USD. Tieto rozsahy odrážajú nielen počet hodín obrábania, ale aj kumulatívne inžinierske, simulačné, kontrolné a skúšobné úsilie, ktoré overuje každý nástroj na jeho plánovanú životnosť.

Každý krok pri výrobe raznice, od geometrie CAD až po konečný náter, je rozhodnutím, ktoré buď pridáva alebo uberá od životnosti raznice, kvality dielu a efektivity výroby. Neexistujú žiadne neutrálne voľby v procese konštrukcie raznice a razenia.

Prechod od výskumu k RFQ-riešeniu pripravenému na lisovanie

Ak ste sa dočítali až sem, pravdepodobne patríte do jednej z dvoch kategórií. Buď budujete interné znalosti, aby ste mohli efektívnejšie hodnotiť dodávateľov, alebo aktívne pristupujete k RFQ na zákazkovú kovovú raznicu a chcete pochopiť, aké otázky klásť a aké schopnosti overiť. Obe cesty ťažia z rovnakého princípu: výrobný proces lisovania funguje najlepšie, keď jediný partner vlastní celý reťazec od realizovateľnosti až po overené výrobné nástroje.

Fragmentované získavanie zdrojov, kde dizajn prebieha v jednej firme, obrábanie v inej a skúšanie v tretej, predstavuje riziko odovzdania pri každom prechode. Rozmerový zámer sa stratí medzi súbormi CAD a operátormi strojov. Špecifikácie tepelného spracovania sú pre pohodlie zjednodušené. Výsledky skúšok sa efektívne neodrážajú pri opravách návrhu. Matrice a lisovacie nástroje, ktoré fungujú najlepšie pri dlhých výrobných sériách, takmer vždy pochádzajú z integrovaných programov, kde každá fáza informuje nasledujúcu bez medzier v komunikácii.

Pre manažérov získavania zdrojov a nástrojových inžinierov, ktorí sú pripravení prejsť od výskumu k aktívnej cenovej ponuke, hľadajte partnera, ktorého schopnosti pokrývajú celý životný cyklus uvedený v tomto článku: posúdenie uskutočniteľnosti, CAE simulácia pre tvárnenie a pruženie, presné CNC obrábanie a EDM, riadené tepelné spracovanie, skúšobné razenie vo výrobe-v reprezentatívnych podmienkach a CMM{1}{2}documented first document.Vlastné riešenia lisovacích foriem YICHENpokrývajú presne tento rozsah a poskytujú koncový{0}}do{1}}koncový zdroj lisovania kovov pre tímy, ktoré potrebujú overené nástroje dodané na RFQ-pripravené, podložené zdokumentovanými údajmi o kvalite pri každej výrobnej bráne.

Znalosti v tomto článku vám poskytujú slovnú zásobu a rámec na kritické vyhodnotenie procesu akéhokoľvek dodávateľa lisovníc. Teraz už chápete, prečo niektoré kroky stoja to, čo robia, prečo sa časové harmonogramy naťahujú na určité prahové hodnoty zložitosti a prečo najlacnejšia cenová ponuka len zriedka prináša najnižšie náklady na zásah počas celej životnosti nástroja. Toto porozumenie je základom pre prijímanie informovaných rozhodnutí o získavaní zdrojov v akýchkoľvek lisovacích nástrojoch a pri konverzácii o obstarávaní.

Často kladené otázky o výrobe razidiel na kovové razenie

1. Ako dlho trvá výroba kovovej raznice?

Časové harmonogramy závisia od zložitosti. Jednoduchá-zaslepovacia matrica zvyčajne vyžaduje 4 až 6 týždňov. Stredne progresívna matrica s 8 až 12 stanicami trvá 8 až 12 týždňov. Komplexné automobilové progresívne alebo transferové matrice s úzkymi toleranciami a viacerými formovacími stanicami môžu presiahnuť 16 týždňov. Tieto časové harmonogramy zahŕňajú fázy inžinierstva, simulácie, obrábania, tepelného spracovania a skúšobnej validácie.

2. Aké materiály sa používajú na výrobu razidiel?

Lisovacie matrice sú vyrobené predovšetkým z akostí nástrojových ocelí vybraných na základe lisovaného plechu. Bežné možnosti zahŕňajú D2 pre odolnosť proti abrazívnemu opotrebeniu, A2 pre vyváženú húževnatosť a tvrdosť, S7 pre nárazové-ťažké aplikácie, M2 pre vysoké tlakové zaťaženie a vložky z karbidu volfrámu pre ultra-vysokoobjemové{7}}objemové alebo vysoko abrazívne materiály, ako je nehrdzavejúca oceľ. Každá trieda zaujíma inú pozíciu v spektre tvrdosti-húževnatosti.

3. Aký je rozdiel medzi postupovou matricou a prenosovou matricou?

Progresívne matrice udržujú diely spojené s nosným pásom, keď sa posúva cez viacero staníc pri každom zdvihu lisu, vďaka čomu sú ideálne pre menšie, veľkoobjemové{0}}komponenty, ako sú konektory a konzoly. Prenosové matrice uvoľňujú polotovary na prvej stanici a mechanicky ich presúvajú medzi nezávislými stanicami pomocou chápadiel. Pretlačovacie matrice sú vhodné pre veľké diely, hlboko ťahané škrupiny{3}}a geometrie, ktoré nemôžu zostať pripevnené k pásu počas tvarovania, ako sú napríklad panely karosérie automobilov.

4. Ako ovplyvňuje tepelné spracovanie výkon raznice?

Tepelné spracovanie premieňa nástrojovú oceľ z obrobiteľného stavu na kalený pracovný nástroj, ktorý je schopný vydržať milióny lisovacích cyklov. Vákuové kalenie, po ktorom nasleduje niekoľko cyklov popúšťania, vytvára stabilnú martenzitickú štruktúru. Pridanie kryogénneho spracovania môže predĺžiť životnosť lisovnice o viac ako 200 percent premenou zadržaného austenitu a zlepšením distribúcie karbidov. Bez správneho tepelného spracovania by sa dokonca aj presne opracované komponenty rýchlo deformovali alebo opotrebovali pri výrobných lisovacích zaťaženiach.

5. Kto môže vyrobiť kompletnú raznicu od návrhu až po overenie výroby?

Výrobcovia integrovaných foriem, ktorí vlastnia celý procesný reťazec, od hodnotenia uskutočniteľnosti a simulácie CAE cez CNC obrábanie, EDM, tepelné spracovanie, skúšobné razenie a kontrolu CMM, poskytujú najspoľahlivejšie výsledky. YICHEN ponúka túto{1}}koncovú{2}}možnosť pre vlastné riešenia lisovacích foriem, pričom poskytuje zdokumentované overenie kvality pri každej výrobnej bráne, takže manažéri zdrojov a nástrojári dostanú nástroje pripravené na výrobu-bez rizika odovzdávania medzi viacerými dodávateľmi.