Ključna načela dizajna reznih i probijnih kalupa

KRATKO

Oblikovanje alata za rezanje i probijanje je specijalizirana tehnička disciplina koja se fokusira na izradu izdržljivih alata za prešu s ciljem preciznog rezanja i probijanja lima. Usjeh ovisi o točnim proračunima reznih sila, strategijskom odabiru materijala alata te naprednim tehnikama projektiranja. Glavni ciljevi su učinkovito upravljanje napetostima materijala, osiguravanje čistih rezova s minimalnim žbukama te maksimalno produljenje vijeka trajanja i točnosti sklopa alata.

Osnove operacija rezanja i probijanja

U svijetu izrade limova, rezanje i probijanje su osnovne operacije rezanja koje određuju konačnu geometriju dijela. Iako se često grupiraju s sličnim procesima, one imaju različite funkcije. Rezanje je postupak uklanjanja viška materijala s vanjskog ruba kaljenog dijela kako bi se postigao konačni profil. S druge strane, probijanje podrazumijeva stvaranje unutarnjih elemenata poput rupa ili proreza izbacivanjem materijala iz unutrašnjosti perimetra dijela. Oba procesa oslanjaju se na posmično djelovanje, pri kojem se ekstremni napon koncentrira uz rubove noža i matrice za rezanje, što uzrokuje čisto pucanje materijala.

Kvaliteta mehanički obrađenog ruba karakteriziran je s četiri zone: zaobljeni rub, polirani dio, zona loma i žulj. Kao što je detaljno opisano u vodičima iz AHSS Guidelines , idealni rub za čelike visoke čvrstoće karakterizira izražena zona sjaja i glatka zona loma, što je ključno za sprečavanje pucanja u naknadnim operacijama oblikovanja. Razumijevanje ovih osnova prvi je korak ka dizajniranju alata koji proizvodi dosljedne komponente visoke kvalitete.

Kako bi se pojasnile njihove uloge, korisno je usporediti ove operacije s drugim uobičajenim postupcima rezanja. Kaljenje slično je probijanju, ali materijal koji se izbaci (kalj) predstavlja traženi dio, dok je kod probijanja kalj otpad. Rezanje je općenitiji izraz za rezanje lima u ravnim linijama između dva noža. Svaki se postupak bira na temelju željenog ishoda i njegova mjesta unutar proizvodnog niza.

Osnovna načela konstrukcije alata i ključni proračuni

Učinkovit dizajn alata temelji se na podacima i inženjerskim principima. Prije nego što započne modeliranje, konstruktori moraju provesti ključne proračune kako bi osigurali da alat može izdržati radne sile i pouzdano funkcionirati unutar odabrane prese. Najvažniji proračun je proračun sile rezanja, koja određuje potrebnu silu prese. Sila rezanja (F) = L × t × S , gdje je 'L' ukupna duljina perimetra reza, 't' debljina materijala, a 'S' smična čvrstoća materijala.

Točno određivanje sile rezanja ključno je za odabir preša s dovoljnom nosivošću, obično s sigurnosnim marginom od 20-30%. Drugi važan čimbenik je razmak između matrice i oštica — razmak između probojnika i otvora matrice. Kako je navedeno u sveobuhvatnom vodiču od Jeelix , optimalni razmak obično iznosi 5-12% debljine materijala po strani. Nedovoljan razmak povećava silu rezanja i habanje alata, dok prevelik razmak može dovesti do velikih žuljeva i loše kvalitete ruba. Za napredne visokotvrde čelike (AHSS), ti razmaci često moraju biti povećani kako bi se upravljalo većim napetostima koje su uključene.

Odabir materijala za same komponente matrice je još jedan temeljni princip. Matrice i umetci matrica moraju imati ravnotežu između tvrdoće za otpornost na habanje i žilavosti kako bi se spriječilo olupavanje pri udarnim opterećenjima. Uobičajeni izbor uključuje alatne čelike D2 i A2 za opće primjene, dok proizvodnja velikih serija ili rad s abrazivnim materijalima može zahtijevati čelike izrađene postupkom metalurgije praha ili karbide. Postupak odabira uključuje kompromis između cijene i performansi, s ciljem maksimalnog produljenja vijeka trajanja matrice i smanjenja vremena zastoja zbog održavanja. Za složene primjene, poput onih u automobilskoj industriji, ključno je potražiti stručnost. Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. specijalizirane za matrice za vučenje u automobilskoj industriji, koje koriste napredne simulacije i znanje o materijalima kako bi isporučile izdržljiva i učinkovita alatna rješenja.

Anatomija sklopa matrice za rezanje i probijanje

Kalup nije monolitni blok od čelika, već precizna sklopna cjelina međusobno povezanih komponenti, od kojih svaka ima specifičnu funkciju. Razumijevanje ove građe ključno je za dizajniranje, izradu i održavanje učinkovitog alata. Cijela se sklopna cjelina smješta unutar sklopa kalupa, koji se sastoji od gornje i donje ploče kalupa (ili ploče) poravnatih vođicama i osovinicama. Ovaj osnovni sustav osigurava poravnanje na razini mikrona između gornje i donje polovice alata tijekom rada pri visokim brzinama, što je presudno za sprječavanje oštećenja i održavanje dosljednosti dijelova.

Glavni radni dijelovi su matrica i umetak (ili die button/insert). Matrica, pričvršćena na gornju držačicu, je muški dio koji obavlja rezanje. Umetak, pričvršćen na donju držačicu, je ženski dio s otvorom u koji ulazi matrica. Točna geometrija i zazor između ova dva dijela određuju konačni oblik probušenog otvora ili obrubljenog ruba. Materijal, tvrdoća i kvaliteta površine ključni su za vijek trajanja alata i kvalitetu gotovog dijela.

Još jedan ključni sastojak je izbacivač. Nakon što proboj probije materijal, elastična povratnost lima uzrokuje da se materijal privije na proboj. Funkcija izbacivača je prisilno ukloniti materijal s proboja pri hodu preša prema gore. Izbacivači mogu biti fiksni ili opružni, pri čemu posljednji osiguravaju tlak kako bi tijekom operacije rezanja držali materijal ravno, time poboljšavajući ravnanstvo dijela. Za progresivne kalupe, piloti su također neophodni. To su klinovi koji se ukopavaju u prethodno probušene rupe u traci kako bi osigurali točno poravnanje na svakoj sljedećoj stanici.

Popis za održavanje sastavnih dijelova kalupa:

• Proboji i matrice: Redovito provjeravajte oštrice za zaobljenje, olupljenje ili prekomjerno trošenje. Oštrite po potrebi kako biste održali čisto rezanje i smanjili silu rezanja.
• Vodilice i osovnice: Osigurajte da su pravilno podmazani i provjerite znakove zalepljivanja ili habanja. Habani vodiči mogu dovesti do nepravilnog poravnanja i katastrofalnih sudara kalupa.
• List za skidanje: Provjerite ima li opruge (ako postoje) dovoljno pritiska i nisu li puknute. Provjerite habanje na površini kontakta.
• Komplet kalupa: Provjerite potpore matrice na pukotine ili oštećenja. Osigurajte da su svi vijci pritegnuti prema točnim specifikacijama.
• Opća čistoća: Održavajte matricu slobodnu od otpadaka, strugotina i drugog otpada koji može uzrokovati greške na dijelu ili oštećenje alata.

Napredne tehnike i materijali u konstrukciji matrica

Izvan osnovnih principa, napredna konstrukcija matrica usmjerena je na optimizaciju rada, obradu teških materijala i produljenje vijeka trajanja alata za proizvodnju velikih serija. Jedan od najvažnijih napredaka je uporaba progresivnih matrica, koje izvode više operacija (npr. probijanje, rezanje, savijanje) redom na različitim stanicama unutar jednog alata. Kao što objašnjavaju stručnjaci iz Eigen Engineering , savladavanje konstrukcije progresivnih matrica uključuje sofisticiranu planifikaciju rasporeda trake kako bi se maksimalno iskoristio materijal i osigurala stabilnost trake dok napreduje kroz matricu.

Kako bi se postigla izuzetna ravna površina dijela, koriste se tehnike poput fineblankinga i cut-and-carry metode. Fineblanking je specijalizirani proces koji koristi ploču pod visokim tlakom i V-prsten za čvrsto stezanje materijala, što rezultira potpuno posječenim, ravnim rubom dijela gotovo bez zone loma. Slično tome, cut-and-carry metoda, detaljno opisana od strane Izvodioc , uključuje djelomično prorezivanje dijela kroz traku i držanje ga ravno pomoću ploče pod tlakom prije nego što se istisne na kasnijoj stanici. Ova kontrola nad materijalom tijekom rezanja svodi na minimum unutarnje napetosti koje uzrokuju izobličenja.

Projektiranje za napredne čelike visoke čvrstoće (AHSS) donosi jedinstvene izazove zbog njihove visoke čvrstoće i smanjene duktilnosti. To zahtijeva veća razmaka alata, jače strukture alata te kvalitetnije materijale za alate poput čelika izrađenih postupkom metalurgije praha ili karbida kako bi izdržali ekstremne sile i abrazivno trošenje. Dodatno, geometrija matrice se može mijenjati kako bi se smanjila maksimalna sila i udarni učinak. Korištenje odrezane ili koso obrađene površine matrice razvodi rezni proces na nešto dulje vrijeme, što značajno smanjuje potrebnu silu i ublažava nasilni "lomni" efekt koji može oštetiti kako alat tako i prešu.

Progresivni alati naspram jednostaničnih alata

• Prednosti progresivnih alata: Izuzetno visoka brzina proizvodnje, smanjenje troškova rada, visoka ponovljivost i kombiniranje više operacija u jedan alat.
• Nedostaci progresivnih alata: Vrlo visoki početni troškovi alata, složen proces projektiranja i izrade te manja fleksibilnost za velike ili duboko vučene dijelove.
• Prednosti jednostaničnih alata: Niži troškovi alata, jednostavniji dizajn i veća fleksibilnost za serije male količine ili vrlo velike dijelove.
• Mane jednostaničnih matrica: Značajno sporija brzina proizvodnje, viši troškovi rada po komadu i mogućnost neusklađenosti zbog ponovljenog ručnog rukovanja i pozicioniranja.

Često postavljana pitanja

1. Koje je pravilo dizajna kalupe?

Iako ne postoji jedino "pravilo", dizajn matrica slijedi niz utvrđenih principa. Oni uključuju izračunavanje rezalnih sila na temelju svojstava materijala, određivanje odgovarajućeg razmaka između žiga i matrice (obično 5-12% debljine materijala po strani), osiguravanje strukturne krutosti sklopa matrice te planiranje logičkog slijeda operacija u izrezivanju trake. Glavni cilj je stvoriti alat koji je siguran, pouzdan i proizvodi dijelove koji dosljedno zadovoljavaju specifikacije kvalitete.

2. Što je obrada odrezivanjem u lijevanju pod tlakom?

Alat za obradu u postupku pod pritiskom ima sličnu svrhu kao i alat u žicanom kalibriranju, ali radi na drugačijoj vrsti dijela. Nakon što se dio izradi postupkom pod pritiskom (ubrizgavanjem rastaljenog metala u kalup), ostaje višak materijala poput razvodnog sustava, prijevišenja i bljeska. Kalup za odrezivanje je alat koji se koristi u sekundarnoj operaciji prešovanja kako bi se odrezao ovaj nepoželjni materijal, ostavljajući čist, obrađeni odlivak.

3. Koji je čelični pravilnik za isecanje kalupa?

Isijecanje čeličnim pravilom je drugačiji postupak koji se obično koristi za mekše materijale poput papira, kartona, pjene ili tankih plastika. Uključuje pritiskanje oštre, tanke čelične osovine ("čelično pravilo"), savijene u željeni oblik i ugrađene u ravnu podlogu (često šperploču), u materijal. To je ekonomičan postupak za rezanje oblika u nemetalne ili vrlo tanke limove.

4. Koje su različite vrste isijecanja kalupa?

Isecanje ploča obuhvaća nekoliko metoda prilagođenih različitim materijalima i volumenima proizvodnje. Kod limova, ovo se uglavnom odnosi na operacije utiskivanja poput probijanja, izrezivanja i obrubljivanja korištenjem tvrdog alata (setovi matrice i kalupa). Druge forme uključuju isecanje na ravnoj podlozi (za deblje materijale), rotacijsko isecanje (za visokobrzinsku proizvodnju naljepnica ili brtvila) te digitalne metode rezanja poput laserskog ili vodenim mlazom rezanja, koje ne koriste fizički kalup.