Sleutelcomponenten van matrijzen voor precisiefabricage

TL;DR

Een matrijzenset is het fundamentele kader van een metaalponsmatrijs, samengesteld uit boven- en onderplaten die bekendstaan als matrijsschoenen. Deze schoenen houden alle andere functionele onderdelen met uiterste precisie vast en uitgelijnd. De belangrijkste onderdelen zijn gidsstaven en lagers die de uitlijning waarborgen, en de werkende componenten – zoals ponsen en matrijsknoppen – die het eigenlijke knippen en vormgeven van het materiaal uitvoeren.

De basis: Matrijzensets, schoenen en platen

Elke stansmatrijs, ongeacht de complexiteit, is gebaseerd op een stevige basis. Deze basis bestaat uit de matrijzenset, inclusief de boven- en ondermatrijsschoenen en diverse platen. Deze onderdelen vormen het stijve skelet waaraan alle andere werkende delen worden bevestigd. Hun primaire functie is om tijdens de volledige stanscyclus, zelfs onder hoge krachten, een nauwkeurige positie te behouden tussen de boven- en onderhelft van de matrijs. Zonder deze stabiele basis zou het onmogelijk zijn om nauwkeurigheid en consistentie in de onderdelen te bereiken.

Die stempels worden doorgaans gefreesd uit dikke platen van staal of aluminium. Volgens een artikel in De fabrikant , hoewel staal veelvoorkomend is, is aluminium een populaire keuze omdat het licht van gewicht is, snel bewerkt kan worden en uitstekende schokabsorptie biedt, waardoor het ideaal is voor snijstempels. De platen moeten precisiebewerkt—ofwel gefreesd of geslepen—worden om perfect vlak en parallel te zijn binnen zeer nauwe toleranties. De onderste stempelplaat heeft vaak openingen om boutjes en afvalmateriaal door te laten vallen naar het persbed, zodat het werkgebied vrij blijft.

De dikte en het materiaal van de matrijs worden bepaald door de krachten die deze moet weerstaan. Een muntsnijmatrijs die metaal comprimeert onder enorme druk vereist bijvoorbeeld een veel dikkere en robuustere matrijs dan een eenvoudige buigmatrijs. De algehele kwaliteit van de matrijs heeft direct invloed op de levensduur van de tool, de nauwkeurigheid van de geproduceerde onderdelen en de onderhoudsbehoeften over tijd heen. Een goed vervaardigde matrijs is de eerste stap om een succesvolle stansoperatie te garanderen.

Het Precisie-uitlijningssysteem: Geleidingspennen, busjes en hielblokken

Hoewel de matrijzenset de basis vormt, zorgt het precisie-uitlijningssysteem ervoor dat de bovenste en onderste matrijzenhouders perfect synchroon werken. De belangrijkste componenten van dit systeem zijn geleidingstiften en bushingen. Geleidingstiften, ook wel geleidingspalen genoemd, zijn geharde, fijnbewerkte assen die op één matrijzenhouder zijn bevestigd en in overeenkomstige bushingen van de tegenoverliggende houder glijden. Deze koppeling garandeert dat de werkende onderdelen bij elke slag van de pers exact zoals bedoeld op elkaar aansluiten, wat essentieel is om nauwe toleranties te handhaven en beschadiging van de mal te voorkomen.

Er zijn twee hoofdcategorieën van richtpennen en lagers: glij- en kogellagers. Glijpennen zijn massieve stalen pinnen die in een bus glijden, vaak bekleed met een slijtvast materiaal zoals aluminium-brons, dat grafietpluggen kan bevatten voor zelfsmering. Pennen met kogellagers daarentegen bewegen op een reeks kogellagers die zijn opgenomen in een kooi, waardoor de wrijving sterk wordt verminderd. Dit maakt hogere bedrijfssnelheden mogelijk zonder overmatige warmteontwikkeling en vergemakkelijkt het scheiden van de matrijshelften voor onderhoud.

Bij bewerkingen die aanzienlijke zijdelingse krachten genereren, kunnen geleidingspennen alleen onvoldoende zijn om buiging te voorkomen. Hier komen hielblokken en hielplaten om de hoek kijken. Hielblokken zijn robuuste stalen blokken die op beide matrijsschoenen worden gemonteerd en ingrijpen om laterale krachten op te nemen. Vaak worden er dissimilair metalen gebruikt voor slijtageplaten, zoals staal tegen aluminium-brons, om klevensverloop te voorkomen. Door zijdelingse krachten op te nemen, beschermen hielblokken de geleidingspennen tegen buigen en zorgen ze ervoor dat de uitlijning van kritieke snij- en vormcomponenten perfect blijft.

De 'werkende' onderdelen: Ponsen, knoppen en afstropers

De onderdelen die het eigenlijke werk verrichten van het snijden en vormgeven van de plaatstaal zijn de ponsen, matrijzen (of knoppen) en afstropers. De pons is het mannelijke onderdeel, meestal gemaakt van gehard gereedschapsstaal of carbide, dat naar beneden wordt gedreven om een bewerking uit te voeren. De matrijsknop, of matrijzenvorm, is het vrouwelijke onderdeel dat zich in de onderste matrijzenonderplaat bevindt. De vorm en speling tussen de pons en de matrijsknop bepalen de uiteindelijke kenmerken van het geperste onderdeel, zoals de grootte van een gat of de hoek van een buiging.

Nadat een stans de materiaalplaat doorboort of vormt, heeft het materiaal de neiging om aan de stans te blijven plakken tijdens de terugbeweging. De afstroker heeft tot taak dit te voorkomen. Een afstroker is een drukbelaste plaat die de stansen omgeeft. Terwijl de perszuiger omhoog beweegt, houdt de afstroker het materiaal omlaag tegen de onderste mal, zodat de stansen zich soepel kunnen terugtrekken. Deze functie is essentieel om vervorming van het onderdeel te voorkomen en snelle productie mogelijk te maken. Afstrikplaten kunnen vast of veerbelast zijn, waarbij veerbelaste systemen een beter gecontroleerde druk bieden.

Het ontwerp en de materiaalkeuze voor deze werkende componenten zijn cruciaal voor de levensduur van de mal en de kwaliteit van het onderdeel. Zoals uitgelegd door Dynamic Die Supply , moeten stansen en matrijzen zijn vervaardigd uit materialen die hard genoeg zijn om herhaalde impact en slijtage te weerstaan. De wisselwerking tussen deze onderdelen, samen met drukplaten die het werkstuk op zijn plaats houden, bepaalt het succes van het stansproces. Juiste uitlijning, scherpe snijkanten en een effectieve uitschakeling zijn allemaal noodzakelijk om efficiënt consistente, hoogwaardige onderdelen te produceren.

Onderdeelvariaties in progressieve versus stansmatrijzen

Hoewel alle matrijzen fundamentele componenten delen, variëren hun configuratie en complexiteit aanzienlijk afhankelijk van het matrijstype. De twee meest voorkomende typen zijn enkelvoudige stansmatrijzen en progressieve matrijzen. Een enkelvoudige matrijs voert één bewerking uit per persslag, zoals het uitstansen van een onderdeel of het buigen van een flens. De set onderdelen is relatief eenvoudig en gericht op het uitvoeren van die enkele taak. Deze worden vaak gebruikt voor productie in kleinere oplagen of eenvoudigere onderdeelgeometrieën.

Een progressieve matrijs daarentegen is een veel complexer gereedschap dat meerdere bewerkingen tegelijkertijd uitvoert op verschillende stations. Een strook materiaal wordt door de matrijs gevoerd, en op elk station vindt een andere snij- of vormbewerking plaats. Dit maakt het mogelijk om bij elke slag van de pers een volledig, complex onderdeel te produceren. Daarom bevat een progressieve matrijs talloze sets stansen, bouten en vormgereedschappen, allemaal opgenomen in één grote matrijsset. Deze matrijs bevat ook extra componenten zoals centreerpenne(n) om de strook op elk station nauwkeurig te positioneren, en transportrollen om het materiaal soepel verder te voeren.

Het ontwerp en de constructie van deze complexe gereedschappen vereisen aanzienlijke expertise. Voor industrieën die hoge volumes van ingewikkelde onderdelen nodig hebben, zijn fabrikanten van maatwerk autotools en soortgelijke componenten maken vaak gebruik van geavanceerde simulaties en projectmanagement om progressieve stansen te leveren die efficiëntie en precisie garanderen. De keuze tussen een enkelvoudige stans en een progressieve stans is afhankelijk van productievolume, onderdeelcomplexiteit en budget, aangezien de initiële kosten van een progressieve stans veel hoger zijn, maar de kosten per onderdeel aanzienlijk lager liggen bij massaproductie.

Veelgestelde vragen over matrijsonderdelen

1. Hoe heten de onderdelen van een matrijs?

De belangrijkste onderdelen van een stansmatrijs zijn de matrijsschoenen (boven- en onderschoen), die dienen als basis. Belangrijke functionele onderdelen zijn geleidingspennen en busjes voor uitlijning, ponsen en matrijsknoppen (of blokken) voor snijden en vormgeven, stripperplaten om materiaal van de ponsen te verwijderen, en diverse veren om de nodige kracht te leveren.

2. Wat zijn de componenten van spuitgieten?

Spuitgieten is een ander productieproces dan stansen en maakt gebruik van andere componenten. Een spuitgietmachine gebruikt een matrijs, of mal, die doorgaans uit twee delen bestaat: een vaste malhelft en een beweegbare uitschotmal. Vanbinnen beschikt deze over een uitschotpen-systeem om het gestolde onderdeel eruit te duwen, een holte die de vorm van het onderdeel bepaalt, en leiders of gaten waardoor gesmolten metaal de holte binnenstroomt. De gebruikte legeringen zijn eveneens anders, meestal zink, aluminium of magnesium.

3. Wat is de constructiedetail van een matrijsset?

De constructie van een matrijsset is gebaseerd op twee precisiebewerkte platen: de bovenste en onderste matrijsschoenen. Deze platen worden uitgelijnd met geleidingspennen en busjes. Alle andere componenten, zoals ponsvastklemmen, matrijsblokken en afstrijperplaten, zijn stevig bevestigd aan deze schoenen. De gehele constructie is ontworpen als een zelfstandige gereedschapseenheid die in een pers kan worden geïnstalleerd om nauwkeurig en herhaalbaar onderdelen te produceren.