STRESZCZENIE

Pękanie matryc tłocznych to poważny błąd produkcyjny, wynikający głównie z nadmiernego naprężenia, wad materiału, błędów operacyjnych oraz słabej konstrukcji narzędzia. Główne przyczyny to lokalne naprężenia ściskające prowadzące do umocnienia odkształcenia, uwalnianie naprężeń wewnętrznych w materiale oraz wady metalurgiczne w matrycy lub przedmiocie obrabianym. Niewystarczające smarowanie, niewłaściwe ustawienie sprzętu oraz błędy geometrii matrycy — takie jak nieprawidłowe promienie czy luzowania — również znacząco przyczyniają się do przedwczesnego uszkodzenia matrycy.

Zrozumienie kluczowej różnicy: pękanie a rozwieranie

Przed zdiagnozowaniem uszkodzenia ważne jest odróżnienie pęknięcia od rozerwania, ponieważ ich przyczyny i rozwiązania są zasadniczo różne. Błędna identyfikacja trybu uszkodzenia często prowadzi do nieprawidłowych i nieskutecznych działań korygujących. Choć oba przypadki kończą się odrzuceniem elementu, wynikają one z przeciwnych stanów naprężenia.

Rozkładanie to uszkodzenie spowodowane rozciąganiem. Pojawia się, gdy metal zostaje nadmiernie rozciągnięty poza swoją maksymalną zdolność wydłużenia. Proces ten często poprzedza widoczne ścienienie materiału, tzw. "przewężenie". Można to porównać do rozciągania irysówki, która cieni się w środku i w końcu pęka. W procesie tłoczenia rozerwanie zwykle pojawia się jako poziome pęknięcie w pobliżu promienia tłoka, tam gdzie materiał został zbyt bardzo rozciągnięty. Typowe rozwiązania obejmują zwiększenie promienia tłoka, ulepszenie smarowania lub użycie materiału o lepszych właściwościach wydłużenia.

Pęknięcia , przeciwnie, to uszkodzenie spowodowane ściskaniem. Wynika ono z nadmiernego lokalnego naprężenia ściskającego, które powoduje nadmierne wyższczerzenie i kruchość materiału w danym obszarze. Jak szczegółowo opisano w analizie przeprowadzonej przez Wykonawca , ten sposób uszkodzenia powoduje, że metal w miejscu pęknięcia jest grubszy niż w stanie oryginalnym. Pęknięcia często pojawiają się jako pionowe uszkodzenia i stają się coraz częstsze przy użyciu stali wysokowytrzymałych oraz stali nierdzewnych. Próba naprawy pęknięcia za pomocą rozwiązania przeznaczonego na rozerwanie tylko pogorszy problem.

W celu poprawnej diagnostyki rozważ następujące kluczowe różnice:

Przyczyny związane z materiałem i wady pierwotne

Właściwości fizyczne i chemiczne zarówno półproduktu, jak i samej matrycy są częstymi przyczynami pęknięć. Uszkodzenia wynikające z materiału mogą być subtelne, ale mają istotne konsekwencje dla wydajności produkcji i trwałości narzędzi. Problemy te można ogólnie podzielić na te związane z surowym materiałem przeznaczonym do tłoczenia oraz wady materiału konstrukcyjnego matrycy.

W przypadku półproduktu główną przyczyną jest nieodpowiedni wybór surowego materiału. Materiały o niskiej plastyczności lub wysokim współczynniku umocnienia na zimno, takie jak stal nierdzewna austenityczna, są szczególnie narażone. Podczas odkształcania mogą one ulegać przemianie fazowej, powodującej powstawanie kruchej struktury martenzytycznej, co czyni je skłonnymi do pękania, jak wyjaśniają eksperci z Kanou Mould . Ponadto wady powierzchniowe na wyjściowym materiale, takie jak zadziory czy zacieranie, mogą zakłócać gładki przepływ materiału do matrycy, prowadząc do pęknięć, co jest powszechnym problemem wskazanym przez Dokładne kształtowanie .

Pod względem narzędzi kluczowe znaczenie ma jakość materiału matrycy. Na przykład matryca wykonana z węglików spiekanych niskiej jakości może ulec katastrofalnemu uszkodzeniu. Szczegółowa analiza uszkodzeń opublikowana w The Fabricator's Tube & Pipe Journal wskazuje na wady metalurgiczne, takie jak porowatość spowodowana nieprawidłowym spiekaniem, jako główną przyczynę. Gdy proszek węglików nie jest odpowiednio spiekany, składniki wolframu i kobaltu nie łączą się poprawnie, co zmniejsza integralność strukturalną matrycy oraz jej zdolność do wytrzymywania naprężeń podczas wyciągania. To powoduje powstawanie słabych punktów, w których łatwo mogą inicjować się i rozprzestrzeniać pęknięcia.

Aby zminimalizować uszkodzenia związane z materiałem, skuteczne są następujące strategie:

• Wybór materiału: Wybierz materiały o dobrej plastyczności i możliwości kształtowania dla zamierzonego zastosowania. W przypadku materiałów, które znacznie wzmocniają się na skutek odkształcenia, zaplanuj proces wyżarzania pośredniego w celu przywrócenia ciągliwości.
• Kontrola jakości: Wprowadź rygorystyczną kontrolę incoming surowców pod kątem wad powierzchniowych lub nieregularności grubości.
• Specyfikacja materiału matrycy: Wymagaj wysokiej jakości odpowiednio spiekanych węglików spiekanych lub innych odpowiednich stali narzędziowych od renomowanych dostawców. Upewnij się, że materiał matrycy nadaje się do naprężeń występujących podczas wykrawania konkretnych materiałów obrabianych.

Usterki eksploatacyjne: naprężenia procesowe, smarowanie i równoległość

Nawet przy idealnych materiałach i projektowaniu matryc, błędy popełniane bezpośrednio w trakcie procesu tłoczenia są główną przyczyną pęknięć. Te usterki eksploatacyjne często wynikają ze złożonego oddziaływania naprężeń, tarcia i ustawienia mechanicznego. Ich eliminacja wymaga starannego monitorowania i kontroli środowiska produkcyjnego.

Jedną z najbardziej podstawowych przyczyn jest uwolnienie naprężeń wewnętrznych . Jak zauważają różne źródła branżowe, naprężenia wewnętrzne są nieuniknionym skutkiem ubocznym produkcji metali. Podczas procesu tłoczenia te zgromadzone naprężenia uwalniają się, co może objawiać się powstawaniem pęknięć, czasem bezpośrednio po formowaniu, a nawet po okresie magazynowania. Szczególnie często występuje to w materiałach o wysokim współczynniku umocnienia.

Niewystarczające smarowanie jest kolejnym krytycznym rodzajem awarii operacyjnej. Środki smarne tworzą ochronną warstwę między matrycą a obrabianym przedmiotem, zmniejszając tarcie i wydzielanie ciepła. Gdy ta warstwa ulega zniszczeniu, następuje bezpośredni kontakt metal-metal, co prowadzi do przylegania materiału, wzrostu sił tłoczenia i ostatecznie do pęknięć. Wybór środka smarnego jest kluczowy; w przypadku trudnych materiałów, takich jak stal nierdzewna, konieczne mogą być specjalistyczne środki smarne, np. folie PVDF, aby utrzymać skuteczną barierę.

Wreszcie, zdarzenie mechaniczne może wprowadzać nierównomierne naprężenia, powodujące przedwczesne uszkodzenie matrycy. Zużyta szpula podająca drut do matrycy pod niewłaściwym kątem, na przykład, powoduje niestabilny wzorzec zużycia. To skupia naprężenia w określonych punktach matrycy, prowadząc do lokalnego zużycia i pęknięć. Jak pokazał jeden z przypadków, problemem nie była matryca, lecz wyżłobiona szpula umieszczona wcześniej w procesie, która powodowała niewyważenie.

Operatorzy mogą korzystać z poniższej listy kontrolnej w celu zdiagnozowania i zapobiegania awariom operacyjnym:

• Kontrola smarowania: Sprawdź, czy system smarowania działa poprawnie oraz czy stosowany jest odpowiedni środek smarny dla danego materiału i procesu.
• Weryfikacja Współosiowości: Regularnie kontroluj wszystkie elementy stołu wyciągarki, w tym szpule i prowadnice, pod kątem zużycia oraz upewnij się, że przedmiot obrabiany prawidłowo wprowadzany jest do matrycy.
• Kontrola Parametrów: Upewnij się, że prędkości wyciągania oraz współczynniki redukcji mieszczą się w zalecanych granicach dla przetwarzanego materiału.
• Zarządzanie naprężeniami: W przypadku materiałów podatnych na opóźnione pęknięcia należy rozważyć relaksacyjne obróbki cieplne jak najszybciej po procesie kształtowania.

Wadliwy projekt matrycy i niska jakość wykonania

Jakość projektu i wykonania matrycy tłoczarskiej ma podstawowe znaczenie dla jej wydajności i trwałości. Wady w jednej lub drugiej dziedzinie mogą powodować koncentrację naprężeń oraz problemy z przepływem materiału, które bezpośrednio prowadzą do pęknięć, niezależnie od jakości materiału czy precyzji pracy. Dobrze zaprojektowana matryca umożliwia gładki przepływ materiału, podczas gdy źle zaprojektowana działa przeciwko niemu.

Do typowych wad projektu należą nieprawidłowe rozwiązania geometryczne. Na przykład, jeśli promienie пуансzonu i matrycy są zbyt małe (zbyt ostre), mogą one ograniczać przepływ materiału do wnęki matrycy, zwiększając naprężenia rozciągające i powodując pęknięcia. Z kolei zbyt duży promień może prowadzić do marszczenia się materiału. Zgodnie z CNstamping , nieprawidłowa luz między tłokiem a matrycą jest kolejną częstą przyczyną pęknięć. Podobnie zbyt mała długość kąta zbliżenia koncentruje siłę wykrawania na zbyt małym obszarze, wyciskając środek smarny i prowadząc do zatarcia oraz uszkodzenia.

Niska jakość wykonania może podważyć nawet idealny projekt. Pasowanie między wkładką węglikową a stalowym korpusem ma kluczowe znaczenie zarówno dla podparcia mechanicznego, jak i odprowadzania ciepła. Jeśli wkładka nie jest w pełni podparta — na przykład z powodu stożkowego otworu w korpusie — nie wytrzyma sił wykrawania i pęknie. Prawidłowe montowanie wkładki w korpusie metodą wcisku cieplnego jest niezbędne, aby zapewnić maksymalną powierzchnię styku, dzięki czemu korpus może działać jako radiator i zapobiegać przegrzaniu wkładki.

Aby uniknąć tych problemów, kluczowe znaczenie ma współpracą z doświadczonym producentem matryc. Specjalista może zapewnić prawidłowe zaprojektowanie i wykonanie narzędzia dostosowanego do konkretnego zastosowania, uwzględniając właściwości materiału, pochylenie oraz naprężenia eksploatacyjne. Na przykład specjaliści taki jak Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. wykorzystują zaawansowane symulacje CAE w celu optymalizacji projektu matrycy oraz głęboką wiedzę z zakresu zarządzania projektami, aby dostarczać wysokiej jakości i niezawodne narzędzia do wymagających zastosowań, takich jak tłoczenie w przemyśle motoryzacyjnym.

Główne aspekty brane pod uwagę przy projektowaniu i budowie matryc to:

• Optymalna geometria: Zapewnienie promieni, luzów i kątów nachylenia dostosowanych do konkretnego materiału i geometrii elementu.
• Właściwe wsporcie wkładów: Stosowanie wkładów szlifowanych bezobsługowo oraz zapewnienie ich pełnego wsporu w korpusie w celu maksymalizacji przewodzenia ciepła i wytrzymałości mechanicznej.
• Przepływ materiału: W przypadku materiału o nieregularnych kształtach, warto rozważyć rozwiązania z stożkowatymi narożnikami wpuszczonymi, aby zapobiec wbijaniu się ostrych krawędzi w powierzchnie robocze matrycy.
• Współpraca ze specjalistami: Współpracuj ściśle z dostawcami narzędzi, aby weryfikować projekty i zapewniać przestrzeganie wysokiej jakości praktyk produkcyjnych.

Często zadawane pytania

1. Jaka jest przyczyna pękania bloku matrycy podczas procesu kształtowania?

Blok matrycy może pękać z kilku powodów, głównie związanych z naprężeniem i integralnością materiału. Główne przyczyny to koncentracja naprężeń spowodowana wadliwym projektem matrycy lub jej niewłaściwym ustawieniem, co skupia ogromną siłę na małym obszarze. Kolejnym istotnym czynnikiem jest nierównomierne rozmieszczenie karbidy w stali narzędziowej, tworząc punkty osłabienia. Ostatecznie, wysokie temperatury podczas pracy mogą zmniejszyć odporność materiału na pękanie, szczególnie jeśli matryca nie jest odpowiednio chłodzona.

2. Co powoduje pękanie metalu?

Pęknięcia w metalu są zazwyczaj spowodowane naprężeniami przekraczającymi wytrzymałość materiału. Może to mieć miejsce na różne sposoby, w tym przekroczenie obciążenia mechanicznego przez przyłożone siły (na przykład w procesie tłoczenia), naprężenia termicznego spowodowanego szybkim nagrzewaniem lub chłodzeniem, naprężeń resztkowych pochodzących z poprzednich etapów produkcji oraz czynników środowiskowych, takich jak korozja, które osłabiają materiał w czasie. Wady materiału, takie jak porowatość czy wtrącenia, również stanowią punkty inicjacji pęknięć.

3. Co jest najczęstszą przyczyną pęknięć podczas formowania blach?

Podczas formowania blach większość pęknięć powstaje wskutek nadmiernego lokalnego odkształcenia. Często jest to spowodowane niewłaściwym luzem matrycy, gdzie szczelina między tłoczkiem a matrycą jest zbyt mała, co zmusza metal do ścinania się lub pękania. Zła równoległość może również powodować nieregularne naprężenia, prowadząc do uszkodzeń. Inną częstą przyczyną jest niewystarczające podparcie lub docisk materiału, co powoduje nierównomierne rozciąganie blachy i przekroczenie jej granicy wydłużenia, co skutkuje rozerwaniem lub pęknięciami.