Belangrijke principes van het ontwerp van snij- en prikstansen

TL;DR

Het ontwerp van afkant- en borenstansen is een gespecialiseerde ingenieursdiscipline die gericht is op het creëren van robuuste persgereedschappen voor het nauwkeurig snijden en ponsen van plaatmateriaal. Succes hangt af van nauwkeurige berekeningen van snijkachten, strategische keuze van gereedschapmaterialen en geavanceerde ontwerptechnieken. De belangrijkste doelen zijn het effectief beheren van materiaalspanning, zorgen voor schone sneden met minimale bramen en het maximaliseren van de levensduur en nauwkeurigheid van de matrijsset.

Basisprincipes van afkant- en borenoperaties

In de wereld van plaatbewerking zijn afkanten en boren basisverspanende bewerkingen die de definitieve geometrie van een onderdeel bepalen. Hoewel deze vaak gegroepeerd worden met vergelijkbare processen, vervullen ze verschillende functies. Afkanten is het proces waarbij overtollig materiaal aan de buitenrand van een geponst onderdeel wordt verwijderd om het definitieve profiel te verkrijgen. Boring daarentegen betreft het aanbrengen van interne kenmerken zoals gaten of sleuven door materiaal uit het binnenste van het onderdeel te ponsen. Beide bewerkingen zijn gebaseerd op een schaarbewerking, waarbij extreme spanning geconcentreerd wordt langs de snijkanten van een stans en matrijs, waardoor het materiaal schoon breekt.

De kwaliteit van een mechanisch gesneden rand wordt gekenmerkt door vier zones: overloop, polijst, breuk en aanslag. Zoals uitgelegd in gidsen van AHSS Guidelines , de ideale snijkant voor hoogwaardige staalsoorten heeft een duidelijke glanzende zone en een gladde breukzone, wat cruciaal is om scheuren te voorkomen tijdens latere vormgevingsprocessen. Het begrijpen van deze basisprincipes is de eerste stap naar het ontwerpen van een gereedschap dat consistente, hoogwaardige onderdelen produceert.

Om hun rollen duidelijk te maken, is het nuttig deze bewerkingen te vergelijken met andere gangbare snijprocessen. Ponsen lijkt op boren, maar het uitgestoten materiaal (de slug) is het gewenste onderdeel, terwijl bij boren de slug afval is. Zagen is een algemenere term voor het rechtdoor snijden van plaatstaal tussen twee messen. Elk proces wordt gekozen op basis van het gewenste resultaat en de positie binnen de productievolgorde.

Kernprincipes van matrijzontwerp en belangrijke berekeningen

Effectief matrijzontwerp is een op gegevens gebaseerd proces dat is gebaseerd op technische principes. Voordat met modelleren wordt begonnen, moeten ontwerpers cruciale berekeningen uitvoeren om ervoor te zorgen dat de gereedschap kan standhouden tegen operationele krachten en betrouwbaar functioneert binnen de geselecteerde pers. De meest fundamentele berekening is die voor de snijkracht, die de benodigde tonnage van de pers bepaalt. De formule wordt over het algemeen uitgedrukt als: Snijkracht (F) = L × t × S , waarbij 'L' de totale lengte van de snedoefgang is, 't' de materiaaldikte is, en 'S' de schuifsterkte van het materiaal is.

Het nauwkeurig bepalen van de schuifkracht is essentieel voor de selectie van een pers met voldoende slagkracht, doorgaans met een veiligheidsmarge van 20-30%. Een andere cruciale factor is de matrijsspelingsafstand—de opening tussen de stans en de matrijsopening. Zoals uiteengezet in een uitgebreide gids door Jeelix , ligt de optimale spelingsafstand doorgaans tussen de 5 en 12% van de materiaaldikte per zijde. Onvoldoende spelingsafstand verhoogt de schuifkracht en slijtage van het gereedschap, terwijl te grote spelingsafstand kan leiden tot grote bramen en een slechte snijkantkwaliteit. Voor geavanceerde hoogsterktestalen (AHSS) moeten deze spelingsafstanden vaak worden vergroot om de hogere spanningen te kunnen beheren.

Materiaalkeuze voor de matrijsonderdelen zelf is een ander basisprincipe. Ponsen en matrijsinzetstukken moeten een balans hebben van hardheid voor slijtvastheid en taaiheid om het afbreken onder impact te voorkomen. Veelgebruikte materialen zijn D2- en A2-gereedschapsstaal voor algemene toepassingen, terwijl productie in grote oplagen of het werken met slijtende materialen poedermetaalstaal of carbide kan vereisen. Het keuzeproces houdt een afweging tussen kosten en prestaties in, met als doel de levensduur van de matrijs te maximaliseren en stilstand door onderhoud tot een minimum te beperken. Voor complexe toepassingen, zoals in de automobielsector, is het raadplegen van expertise van cruciaal belang. Bedrijven zoals Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. specialiseren zich in ponsmalen voor de auto-industrie en gebruiken geavanceerde simulaties en materiaalkennis om robuuste en efficiënte gereedschapoplossingen te leveren.

Anatomie van een snij- en prikmat

Een matrijs is geen massief blok staal, maar een precisie-assemblage van onderling afhankelijke componenten, waarvan elk een specifieke functie heeft. Het begrijpen van deze anatomie is essentieel voor het ontwerpen, bouwen en onderhouden van efficiënt gereedschap. De gehele assemblage is opgenomen in een matrijsset, die bestaat uit een boven- en onderrug (of plaat), uitgelijnd door geleidingspennen en busjes. Dit fundamentele systeem zorgt voor micronnauwkeurige uitlijning tussen de boven- en onderste helft van het gereedschap tijdens hoge snelheid, wat cruciaal is om schade te voorkomen en de consistentie van onderdelen te behouden.

De primaire werkende onderdelen zijn de stans en de matrijs (of matrijsknop/inzetstuk). De stans, bevestigd aan de bovenste matrijsschoen, is het mannelijke onderdeel dat het snijden uitvoert. De matrijs, bevestigd aan de onderste schoen, is het vrouwelijke onderdeel met een opening waarin de stans binnendringt. De nauwkeurige geometrie en speling tussen deze twee onderdelen bepalen de uiteindelijke vorm van het geponste gat of afgeknipte rand. Hun materiaal, hardheid en oppervlakteafwerking zijn van cruciaal belang voor de levensduur van de mal en de kwaliteit van het onderdeel.

Een ander cruciaal onderdeel is de uitslagplaat. Nadat een stansmes door het materiaal heen snijdt, zorgt de elastische terugvering van het plaatstaal ervoor dat het materiaal aan het mes blijft kleven. De functie van de uitslagplaat is om bij de opgaande slag van de pers het materiaal met geweld van het mes te verwijderen. Uitslagplaten kunnen vast of veerbelast zijn, waarbij de laatste druk uitoefent om het materiaal tijdens het snijproces vlak te houden, waardoor de vlakheid van het onderdeel wordt verbeterd. Voor progressieve matrijzen zijn pilots eveneens essentieel. Dit zijn pinnen die in eerder gestanste gaten in de strip grijpen om bij elke volgende stand exacte uitlijning te garanderen.

Onderhoudschecklist voor matrijscomponenten:

• Stansen en stansringen: Inspecteer regelmatig de snijkanten op afronding, afbladdering of overmatige slijtage. Slijp indien nodig bij om een schone snede te behouden en de snijkracht te verlagen.
• Geleidingspennen en busjes: Zorg ervoor dat ze goed gesmeerd zijn en controleer op tekenen van kleving of slijtage. Versleten geleidingen kunnen leiden tot misalignering en catastrofale matrijsstoringen.
• Uitwerperplaat: Controleer of de veren (indien van toepassing) voldoende druk hebben en niet gebroken zijn. Controleer op slijtage van het contactoppervlak.
• Matrijsset: Inspecteer de matrijzenonderdelen op scheuren of beschadigingen. Zorg ervoor dat alle bevestigingsmiddelen tot de juiste specificatie zijn aangedraaid.
• Algemene Netheid: Houd de matrijs vrij van slugs, spanen en ander vuil dat onderdeelfouten of beschadiging van de gereedschappen kan veroorzaken.

Geavanceerde Matrijsontwerptechnieken en Materialen

Los van basisprincipes, richt geavanceerd matrijsontwerp zich op het optimaliseren van prestaties, het verwerken van moeilijke materialen en het verlengen van de levensduur van gereedschappen voor productie in grote oplages. Een van de belangrijkste vooruitgangen is het gebruik van progressieve matrijzen, die meerdere bewerkingen (bijvoorbeeld ponsen, afkanten, buigen) sequentieel uitvoeren op verschillende stations binnen één enkel gereedschap. Zoals uitgelegd door experts bij Eigen Engineering , omvat het beheersen van progressief matrijsontwerp geavanceerde stripindelingsplanning om het materiaalgebruik te maximaliseren en de stripstabiliteit te waarborgen terwijl deze door de matrijs wordt gevoerd.

Voor het bereiken van uitzonderlijke vlakheid van onderdelen, worden technieken zoals fijnstansen en snijden-met-draging toegepast. Fijnstansen is een gespecialiseerd proces dat gebruikmaakt van een hoge drukkussen en een V-ring om het materiaal strak vast te klemmen, wat resulteert in een volledig geschoren, rechtkantig onderdeel met vrijwel geen breukzone. Evenzo houdt de methode van snijden-met-draging, uitgelegd door De fabrikant , in dat het onderdeel gedeeltelijk door de strip wordt gestanst en vlak wordt gehouden met een drukkussen voordat het op een latere station wordt uitgeworpen. Deze controle over het materiaal tijdens het snijden minimaliseert de interne spanningen die vervorming veroorzaken.

Het ontwerpen voor geavanceerde hoogsterktestalen (AHSS) brengt unieke uitdagingen met zich mee vanwege hun hoge sterkte en geringe ductiliteit. Dit vereist grotere matrijsspleten, robuustere gereedschapsstructuren en hoogwaardige gereedschapmaterialen zoals poedermetaalstaal of carbide om de extreme krachten en slijtage te weerstaan. Daarnaast kan de stansgeometrie worden aangepast om de maximale tonnage en schok te verlagen. Het gebruik van een afgeschuinde of schuin gesneden stansvlak spreidt de snijactie over een iets langere duur, wat de benodigde kracht aanzienlijk verlaagt en het heftige "doorslaaneffect" vermindert dat zowel de matrijs als de pers kan beschadigen.

Progressieve matrijzen versus enkelvoudige stationmatrijzen

• Voordelen van progressieve matrijzen: Extreem hoge productiesnelheid, lagere arbeidskosten, hoge herhaalbaarheid en integratie van meerdere bewerkingen in één gereedschap.
• Nadelen van progressieve matrijzen: Zeer hoge initiële gereedschapskosten, complex ontwerp- en bouwproces, en minder flexibiliteit voor grote of dieptrekkende onderdelen.
• Voordelen van enkelvoudige stationmatrijzen: Lagere gereedschapskosten, eenvoudiger ontwerp en grotere flexibiliteit voor kleine oplagen of zeer grote onderdelen.
• Nadelen van enkelvoudige station stansen: Veel langzamere productiesnelheid, hogere arbeidskosten per onderdeel en kans op inconsistenties door herhaaldelijke handling en positionering.

Veelgestelde Vragen

1. Wat is de regel voor matrijsontwerp?

Hoewel er geen enkele "regel" is, volgt het stansontwerp een reeks gevestigde principes. Deze omvatten het berekenen van snijkrachten op basis van materiaaleigenschappen, het vaststellen van de juiste speling tussenpons en matrijs (meestal 5-12% van de materiaaldikte per zijde), het waarborgen van de structurele stijfheid van de matrijsset en het plannen van een logische volgorde van bewerkingen in de strookindeling. Het overkoepelende doel is een gereedschap te creëren dat veilig, betrouwbaar is en onderdelen produceert die continu voldoen aan kwaliteitseisen.

2. Wat is het aftrimmen met een spuitgietmatrijs?

Een aftrimgereedschap bij spuitgieten vervult een vergelijkbare functie als bij plaatstaalponsen, maar werkt op een ander type onderdeel. Nadat een onderdeel is gemaakt door middel van spuitgieten (het injecteren van gesmolten metaal in een matrijs), blijft er overtollig materiaal over, zoals de loopkanalen, overloopbakken en flens. Een aftrimmatrijs is een gereedschap dat wordt gebruikt in een secundaire persbewerking om dit ongewenste materiaal af te scheren, zodat een schonere, afgewerkte gegoten component overblijft.

3. Wat is de stalen malregel voor snijden met een matrijs?

Snijden met een stalen malregel is een ander proces dat doorgaans wordt gebruikt voor zachtere materialen zoals papier, karton, schuim of dunne kunststoffen. Het betreft het indrukken van een scherp, dun staalblad (de "stalen malregel"), dat in de gewenste vorm is gebogen en ingebed in een platte basis (vaak multiplex), in het materiaal. Het is een kosteneffectieve methode voor het snijden van vormen in niet-metalen of zeer dunne plaatmetaaltoepassingen.

4. Wat zijn de verschillende soorten snijden met een matrijs?

Ponsen omvat verschillende methoden die zijn afgestemd op verschillende materialen en productiehoeveelheden. Bij plaatstaal verwijst dit voornamelijk naar ponsoperaties zoals boren, afknippen en bijsnijden met behulp van harde gereedschappen (pons- en matrijzets). Andere vormen zijn platbordponsen (voor dikkere materialen), roterend ponsen (voor hoge productiesnelheden van labels of pakkingen) en digitale snijmethoden zoals lasersnijden of waterjetsnijden, waarbij geen fysieke pons wordt gebruikt.