Rozdział pierwszy: Czym jest matryca do tłoczenia metalu?

Tłoczenie metalu na matrycy to proces formowania na zimno, który rozpoczyna się od taśmy metalu, znanej jako wykrojnik lub stal narzędziowa. Za pomocą jednej lub wielu matryc, metoda ta tnie i kształtuje metal, aby uzyskać pożądany kształt arkusza lub profilu. Siła przyłożona do wykroju zmienia jego geometrię, indukując naprężenia, które sprawiają, że obrabiany przedmiot nadaje się do gięcia lub kształtowania w skomplikowane kształty. Części tłoczone wytwarzane tą metodą mogą się znacznie różnić rozmiarem – od wyjątkowo małych do ekstremalnie dużych, w zależności od konkretnego zastosowania.

Tłoczenie metalu, zwane również tłoczeniem, obejmuje różne techniki, takie jak wykrawanie, wykrawanie, dziurkowanie, wybijanie i wiele innych operacji. Precyzja w projektowaniu jest niezbędna, aby zapewnić optymalną jakość każdego stempla.

Matryce używane w tłoczeniu na gorąco to specjalistyczne narzędzia przeznaczone do produkcji konkretnych projektów, od prostych przedmiotów codziennego użytku po skomplikowane komponenty komputerowe. Mogą być zaprojektowane do wykonywania pojedynczych funkcji lub jako część sekwencyjnej serii czynności wykonywanych etapami. Istnieją cztery rodzaje matryc do tłoczenia na gorąco: matryce jednopunktowe, matryce progresywne, matryce złożone i matryce transferowe.

Rozpoczynając projektowanie matrycy do tłoczenia, zwróć uwagę na stal i materiały wymienione poniżej:

Jeżeli materiał do tłoczenia jest bardzo twardy, np. stal nierdzewna, matryca do tłoczenia musi być wykonana ze stali o dobrej odporności na zużycie, np. Cr12MoV.

1.2 W przypadku materiałów miękkich, W przypadku matryc, takich jak aluminium, wymagania dotyczące odporności na zużycie są nieco niższe, ale należy wziąć pod uwagę lepkość materiału, aby zapobiec przywieraniu do matrycy. Można wybrać stal matrycową o dobrych właściwościach antyadhezyjnych.

W przypadku matryc poddawanych dużym obciążeniom udarowym podczas pracy, np. matryc do tłoczenia dużych pokryw samochodowych, materiał musi charakteryzować się dużą wytrzymałością, dlatego można wybierać stale takie jak SKD11.

Jeżeli środowisko pracy matrycy jest narażone na korozję, np. w środowisku wilgotnym, należy wybrać stal matrycową odporną na korozję, np. stal nierdzewną.

W przypadku małych partii można odpowiednio obniżyć wymagania dotyczące materiału matrycy i wybrać tańsze materiały, takie jak stal 45, a także przeprowadzić odpowiednią obróbkę cieplną w celu poprawy wydajności.

W przypadku dużych partii należy wybrać stal matrycową o wysokiej wydajności, odporności na zużycie i długiej żywotności. Materiały takie jak węglik spiekany mogą być używane do matryc tłoczących w produkcji masowej.

Formy o wysokiej precyzji wymagają małych odkształceń materiału, np. stali CrWMn, która charakteryzuje się małymi odkształceniami podczas hartowania i nadaje się do produkcji precyzyjnych form tłoczących.

Aby spełnić wymagania dotyczące wydajności, kompleksowo rozważa się cenę stali na formy, koszty obróbki itp. Na przykład, niektóre nowe stale na formy charakteryzują się dobrą wydajnością, ale wysoką ceną, dlatego należy rozważyć koszty i korzyści.

Pojedyncza matryca lub forma stempla składa się z formy wklęsłej i formy stempla lub wielu form wklęsłych i wielu form stempla. Każdy stempel wykonuje tylko jednokrotne formowanie otworu lub jednego kształtu, ponieważ jego struktura i funkcja są stałe i zaprojektowane dla konkretnego procesu. Wytwarzane w metalu i nie mogą być stosowane w innych procesach. Zazwyczaj jest to rozwiązanie do produkcji na małą lub średnią skalę, szczególnie w sytuacjach, gdy pozycja lub kształt stempla wymagają częstej zmiany. Można je elastycznie regulować i wymieniać w trakcie procesu produkcyjnego, a koszt pojedynczej matrycy stempla jest niski. Nadaje się do produkcji małych partii tłoczonych metali przy stosunkowo prostych procesach.

Najpierw należy umieścić metalową płytę do wybicia w obszarze roboczym pojedynczego stempla. Przedmiot obrabiany jest często zaciskany, aby zapewnić stabilność podczas procesu tłoczenia. Stempel pojedynczego stempla opada, wywierając siłę uderzenia na metalowy przedmiot obrabiany. Uformuj pożądany otwór lub kształt. Po zakończeniu uderzenia stempel zostanie odsunięty od przedmiotu obrabianego, aby przygotować go do kolejnego tłoczenia. Następnie ręcznie wyjmij przedmiot obrabiany i powtórz powyższą operację.

2.1 Szybsza produkcja – Możliwość wykonania wielu cięć z kilku matryc.

2.2 Pozycjonowanie wykroju – Załadunek i zmiana położenia wykroju jest łatwa. Można go obracać, odwracać i przesuwać z niewielkim wysiłkiem.

2.3 Geometrie złożone – Tworzy złożone geometrie bez konieczności wykonywania specjalnych obliczeń i korekt.

2.4 Obsługa matryc – matryce są lżejsze i tańsze w obsłudze.

2.5 Narzędzia – narzędzia są mniejsze i łatwiej dostępne.

Tłocznik progresywny, nazywany również tłocznikiem ciągłym lub formą, to tłocznik do tłoczenia na zimno, który wykorzystuje materiały w kształcie pasków w jednym cyklu tłoczenia i wykorzystuje kilka różnych stanowisk do jednoczesnego wykonywania wielu procesów tłoczenia na zestawie form. Każdy proces tłoczenia formy jest zakończony. Po przesunięciu taśmy z materiałem o ustalonej odległości, wykrojniki są stopniowo formowane w formie ciągłej. Formowanie ciągłe to metoda procesowa z zagęszczonymi procesami, umożliwiająca łatwe przycinanie, nacinanie, rowkowanie, wykrawanie, odkształcanie plastyczne i wykrawanie. Proces ten odbywa się w formie.

Wykrojnik progresywny może wykonywać wiele procesów w jednym cyklu. Poniżej przedstawiono typowy przebieg pracy wykrojnika progresywnego:

(1) Płyta lub taśma metalowa jest podawana do matrycy postępowej w formie rolki. System podawania prowadzi materiał metalowy, aby zapewnić jego dokładne ułożenie w formie.

(2) System wprowadza pasek metalu do formy, system zaciskowy zapewnia stabilność paska metalu podczas całego procesu tłoczenia, a system prowadzący zapewnia dokładne ustawienie paska metalu.

(3) Pierwszy proces tłoczenia: W pierwszym procesie tłoczenia postępowego pasek metalu przechodzi przez pierwszy stempel i matrycę, aby zakończyć pierwszy proces tłoczenia, który może polegać na wykrawaniu, cięciu lub formowaniu kształtu itd.

(4) Taśma metalowa prowadzi obrabiany przedmiot, który zakończył pierwszy proces, do miejsca, w którym rozpocznie się kolejny proces, poprzez ruchomy układ.

(5) Tłoczenie w drugim procesie: W drugim procesie pasek metalu przechodzi przez kolejny zestaw stempli i ponownie matrycuje, aby dokończyć drugi proces. Proces ten powtarza się w całej formie, a każda operacja jest wykonywana na ciągłym pasku metalu.

(6) Kontynuuj, aż przedmiot obrabiany przejdzie wszystkie zaprojektowane procesy.

(7) Rozładunek: Po zakończeniu wszystkich procesów przedmiot obrabiany jest rozładowywany z formy w celu przeprowadzenia kolejnej operacji, np. montażu lub dalszej obróbki.

3.1 Matryce progresywne są idealne do produkcji prostych i średnio złożonych części o powtarzalnych kształtach i jednolitych cechach.

3.2 Są niezwykle wydajne w przypadku ciągłego podawania materiału i wymagają minimalnej ingerencji operatora.

3.3 Matryce progresywne świetnie nadają się do długich serii produkcyjnych wymagających spójnej konstrukcji części.

3.4 Każda stacja w matrycy odpowiada za wykonywanie określonej operacji, takiej jak cięcie, gięcie, dziurkowanie lub formowanie, w miarę przesuwania się taśmy.

Matryca łączona to matryca tłocząca, która jednocześnie wykonuje zarówno proces formowania otworu wewnętrznego, jak i zewnętrznego kształtu na tym samym stanowisku matrycy (może wykonywać wiele operacji tłoczenia jednocześnie w jednym cyklu). Podczas jednego tłoczenia można wykonać wiele procesów, w tym wykrawanie wielu otworów lub kształtowanie kształtów. Konstrukcja wieloprocesowa łączy w pewnym stopniu zalety matryc jednopunktowych i matryc progresywnych.

Matryce złożone znajdują zastosowanie w wielu procesach tłoczenia metali. Gdy element tłoczony wymaga wytłoczenia więcej niż jednego elementu, a operacje te mogą być wykonywane niezależnie od siebie, można użyć matrycy złożonej. Matryce złożone zapewniają wiele elementów tłoczenia metalu przy każdym skoku prasy. Ponadto matryce złożone zapewniają doskonałą płaskość detalu.

4.1 Wydajność - matryce złożone wycinają skomplikowane części za jednym razem, eliminując potrzebę stosowania wielu matryc.

4.2 Opłacalność - Tłoczenie na matrycach złożonych pozwala na szybką produkcję części, oszczędzając czas i pieniądze.

4.3 Prędkość - tłoczenie na matrycach złożonych pozwala na produkcję części w ciągu kilku sekund, a w ciągu godziny można wyprodukować ponad 1000 części.

4.4 Powtarzalność – użycie pojedynczej matrycy w tłoczeniu złożonym gwarantuje, że każda część ma takie same wymiary i konfigurację.

Umieszczanie surowców do przetworzenia w wyznaczonym miejscu za pomocą urządzeń automatycznych lub ręcznych. Gdy górna forma opada pod wpływem suwaka prasy, forma, urządzenie rozładowujące oraz stempel w górnej formie najpierw stykają się z taśmą i kontynuują dociskanie, a następnie zewnętrzne krawędzie stempla i wklęsłej formy oddziałują na formę i stempel, powodując uderzenia i zagłębienia. Wewnętrzny otwór formy jest jednocześnie wykrawany i dziurkowany, aby oddzielić element od taśmy.

Surowce formowane są bezpośrednio po wytłoczeniu w formie kompozytowej.

Tłoczenie metodą transferową jest podobne do tłocznika postępowego, ale detale są przenoszone z jednego stanowiska na drugie za pomocą mechanicznego systemu transferowego. Stosowane jest głównie wtedy, gdy detale muszą zostać usunięte z taśmy, aby umożliwić wykonanie operacji w stanie swobodnym. Forma transferowa może być pojedynczą formą lub wieloma formami lub maszynami ustawionymi w rzędzie, tworząc linię produkcyjną. Zazwyczaj jest stosowana do produkcji bardziej złożonych detali, gdzie każde stanowisko robocze może wykonywać różne operacje, takie jak wykrawanie, gięcie, rozciąganie i inne.

5.1 Matryce transferowe nadają się do obróbki skomplikowanych części wymagających wielu operacji i precyzyjnego pozycjonowania.

5.2 Są w stanie wytwarzać skomplikowane części z zachowaniem ścisłych tolerancji.

5.3 Matryce transferowe są często stosowane w procesach produkcyjnych o dużej objętości ze względu na ich wydajność i możliwości automatyzacji.

5.4 Obrabiany przedmiot przemieszcza się pomiędzy stanowiskami, a każde stanowisko może wykonywać operacje takie jak cięcie, gięcie, dziurkowanie lub wybijanie monet.

W tłoczeniu matrycowym transferowym do przenoszenia przedmiotu obrabianego wykorzystuje się urządzenie transmisyjne. Po wytłoczeniu na każdym stanowisku, przedmiot obrabiany jest przesuwany mechanicznie lub ręcznie do kolejnego stanowiska w celu przeprowadzenia procesu tłoczenia. Systemy tłoczenia matrycowego transferowego mogą składać się z wielu pojedynczych, odrębnych matryc lub szeregu matryc.

Do produkcji surowców do tłoczenia powszechnie stosuje się stal, aluminium, miedź, stal nierdzewną i mosiądz.

6.1 Pojedyncza matryca jest prosta i elastyczna, ale jej prędkość jest niska.

6.2 Dzięki tłoczeniu na prasach progresywnych możliwe jest szybkie, ekonomiczne i powtarzalne wytwarzanie części o skomplikowanej geometrii.

6.3 Tłoczenie matrycą kompozytową odbywa się w jednym etapie, dlatego nadaje się do produkcji części o stosunkowo prostej konstrukcji.

6.4 Matryca transferowa nadaje się do sytuacji, w których konieczne jest wykonanie wielu procesów w jednym cyklu.

Konserwacja

Usuwaj wióry metalowe, zanieczyszczenia i pozostałości smaru z matrycy po każdym użyciu lub w regularnych odstępach czasu. Używaj szczotek, dmuchaw powietrza lub rozpuszczalników czyszczących (odpowiednich do materiału matrycy), aby utrzymać powierzchnię matrycy w czystości. Na przykład, w procesie tłoczenia części samochodowych o dużej wydajności, matryca może wymagać codziennego czyszczenia.

Regularnie stosuj odpowiedni smar, aby zmniejszyć tarcie między ruchomymi częściami matrycy. Wysokiej jakości oleje lub smary do tłoczenia mogą zapobiegać zużyciu i przegrzaniu. Częstotliwość smarowania zależy od prędkości i obciążenia tłoczenia; w przypadku umiarkowanie eksploatowanej matrycy smarowanie może być konieczne raz w tygodniu.

Rutynowo sprawdzaj, czy nie ma śladów zużycia, takich jak ślady zużycia na stemplach i matrycach, pęknięcia lub odkształcenia. Stosuj kontrolę wizualną, lupy lub nieniszczące metody badań, takie jak badanie magnetyczno-proszkowe. Na przykład, sprawdzaj krawędzie tnące wykrojników pod kątem stępienia co kilka tysięcy cykli tłoczenia.

Ostrzenie lub wymiana stempli i matryc

Jeśli krawędzie tnące stempli i matryc stępią się, można je naostrzyć, aby przywrócić im zdolność cięcia. W przypadku znacznego zużycia konieczna jest wymiana zużytych elementów. Na przykład, stempel używany do przebijania otworów może wymagać naostrzenia po określonej liczbie użyć, aby zachować czyste krawędzie otworów.

W przypadku drobnych pęknięć lub uszkodzeń korpusu matrycy, spawanie może być realną opcją naprawy. Należy jednak pamiętać o zastosowaniu procesu spawania i spoiwa odpowiedniego do materiału matrycy, aby zapewnić, że naprawiany obszar będzie miał właściwości zbliżone do oryginalnego materiału. Po spawaniu naprawiana część zazwyczaj wymaga obróbki cieplnej i mechanicznej w celu przywrócenia kształtu i wymiarów.

Jeśli elementy matrycy ulegną rozregulowaniu z powodu wibracji lub uderzeń podczas tłoczenia, konieczne jest ich wyregulowanie. Może to wymagać zastosowania podkładek lub precyzyjnych mechanizmów regulacyjnych w celu ponownego ustawienia stempli i matryc. Na przykład, w przypadku matrycy do tłoczenia progresywnego, rozregulowanie może prowadzić do niedokładnego formowania części, a ponowne ustawienie stacji może rozwiązać ten problem.

Tłocznik do metalu to specjalistyczne narzędzie używane w procesie produkcyjnym. Służy do cięcia, kształtowania lub formowania blach metalowych w określone, pożądane kształty i komponenty.

– Zazwyczaj składa się z wielu części, takich jak zestaw matryc (w tym górna i dolna połówka matrycy), stemple i gniazda. Stemple służą do wywierania siły w celu odkształcenia lub przecięcia metalu.

- Istnieją cztery rodzaje wykrojników w zależności od wykonywanych operacji, np. wykrojniki do wycinania kształtów z większych arkuszy, wykrojniki do tworzenia otworów i wykrojniki do gięcia metalu.

- Matryce wykonane są z materiałów takich jak stal narzędziowa, która wytrzymuje wysokie ciśnienia i wielokrotne uderzenia podczas procesu tłoczenia.

Precyzja w projektowaniu i produkcji ma kluczowe znaczenie, ponieważ decyduje o dokładności i jakości tłoczonych części. Wymagają one prawidłowej konserwacji, aby zapewnić stałą wydajność i długą żywotność w zakładach produkcyjnych, gdzie odgrywają kluczową rolę w wydajnej masowej produkcji elementów metalowych.