Negatívne a pozitívne obchádzacie zárezy – vysvetlenie nástroja na tvárnenie plechu

Pochopte obchádzacie drážky a ich úlohu v preformance progresívnej tvárnice

Každý technik a konštruktér nástrojov a tvárníc, ktorý prevádzkoval progresívnu operáciu vystrihovania vie toto pocit: pás sa hladko podáva po tisíc úderov, potom sa náhle zachytí, nesprávne zaregistruje alebo zasekne na zdvíhacom prvku. Väčšinou je príčinou jedna malá, no kritická vlastnosť rozmiestnenia pásu. Táto vlastnosť je obchádzacia drážka.

Obchádzacie drážky sú úmyselné úpravy materiálu vykonané na okraji pásu v progresívnej tvárnici na vystrihovanie. Ich účelom je riadiť spôsob, akým sa pás vzájomne ovplyvňuje so zdvíhacími prvkami, pilotmi a inými komponentmi tvárnice pri postupnom posúvaní z jednej stanice na druhú. V progresívnej tvárnici na vystrihovanie plechových dielov s negatívnymi a pozitívnymi obchádzacími drážkami tieto uvoľňovacie prvky určujú, či pás čistým spôsobom prejde cez vnútorné prekážky alebo sa bude ťahať o povrchy, čo postupne zhoršuje presnosť kroku.

Koncept je jednoduchý. Zaujímavé je jeho realizovanie.

Čo sú obchádzacie zárezy v progresívnych dielach

Predstavte si kovový pás, ktorý prechádza progresívnym dielom s ôsmimi alebo desiatimi stanicami. Medzi každým zdvihom lisu sa pás musí zdvihnúť, posunúť o jednu vzdialenosť (pitch) a znova ustáliť do polohy pre ďalšiu operáciu. Zdvíhacie prvky zdvíhajú pás, aby sa vyhol spodným povrchom dielu, a vodiče (pilots) presúvajú pás do konečnej pozície na presné zarovnanie. Obchádzacie zárezy slúžia na to, aby pás mohol prejsť cez tieto zdvíhacie prvky a vodiče alebo okolo nich bez toho, aby sa zachytil, ťahal alebo kolídoval.

V praxi je obchádzací zárez lokálna úľava alebo vyrezaná časť v rozmiestnení pásu, ktorá zabraňuje interferencii počas podávania, tvárnenia, orezávania alebo prenosu súčasti. Nie je to iba estetický detail ani doplnok pridaný neskôr. Je to úmyselný mechanizmus riadenia pásu, ktorý navrhovateľ špecifikuje už v fáze rozmiestnenia, dlho predtým, než sa niečo zo štahlia reže.

Existujú dva základné typy: kladné obchádzacie výrezy, ktoré materiál na pásiku zachovávajú v podobe západky, a záporné obchádzacie výrezy, ktoré materiál úplne odstraňujú z okraja pásiku. Každý typ vytvára iný mechanický vzťah medzi pásikom a súčiastkami diely, ktorými musí prechádzať.

Prečo je výber typu výrezu dôležitý pre riadenie pásiku

Práve tu mnohí inžinieri podceňujú toto rozhodnutie. Geometrická orientácia výrezu priamo ovplyvňuje silu posúvania pásiku, presnosť kroku a registráciu medzi jednotlivými stanicami. Kladný výrez zachováva materiál neporušený, čím udržiava tuhosť pásiku, avšak vyžaduje, aby zachovaná západka prechádzala cez povrchy zdvíhacích prvkov. Záporný výrez odstraňuje materiál, čím poskytuje priestor pre zdvíhacie prvky, ale znižuje lokálnu tuhosť pásiku.

Výber nesprávneho typu nie je len drobnou nepríjemnosťou. Spôsobuje chyby pri podávaní, ktoré sa zosilňujú na každej nasledujúcej stanici, zhoršuje registráciu, čo sa prejavuje ako rozptyl rozmerov hotových súčiastok, a zrýchľuje opotrebovanie nástroja takým spôsobom, že sa skracujú intervaly údržby. Pri nástrojoch na tvárnenie plechu s pozitívnymi a negatívnymi obchádzacími zárezmi sa tento jediný geometrický rozhodnutie šíri po celom výrobnom procese.

Voľba medzi pozitívnymi a negatívnymi obchádzacími zárezmi nie je iba estetická. Zásadne mení spôsob, akým sa pás vzájomne interakčne správa s každou nasledujúcou staniciou, čím ovplyvňuje odpor pri podávaní, zapojenie vodičových dierok a kumulatívnu presnosť polohy po celom nástroji.

Táto príručka je určená pre technikov v oblasti nástrojov, ktorí už poznajú základy postupných diel, avšak potrebujú jasnosť v rozhodovaní o geometrii rezných zárezov. Nepotrápite tu žiadne úvodné vysvetlenia toho, čo je postupné die alebo ako funguje podávanie pásu. Namiesto toho sa ďalej sústreďujeme na špecifické geometrické, funkčné a materiálovo podmienené faktory, ktoré určujú, ktorý typ rezného zárezu patrí do vašej rozmiestnenia pásu.

Rozlišovanie začína geometriou. Spôsob, akým sa každý typ rezného zárezu fyzicky vzájomne prepojuje s pásmom, a čo to znamená pre vaše mechanizmy podávania, závisí výlučne od toho, či materiál zostáva alebo sa odstraňuje.

Geometria a funkčné mechanizmy pozitívneho prechodového zárezu

Kladná vyrezová drážka ponecháva materiál na páse. Namiesto toho, aby sa z okraja pásu odrezal a ako odpad zahodil časť materiálu, tvárnica vytvorí výčnelok podobný západke, ktorý zostáva fyzicky pripojený k pásu. Tento zachovaný výčnelok sa rozširuje smerom dovnútra alebo von z okraja pásu a vytvára malý, no úmyselne tvarovaný prvok, ktorý pás prenáša cez každú nasledujúcu stanicu.

Praktický výsledok: šírka pásu na mieste vyrezovej drážky sa v podstate nemení. Žiadny materiál sa nestráca. Nie je potrebné spravovať odpadový kus (slug). Pás si udržuje svoju štrukturálnu spojitosť a táto spojitosť priamo ovplyvňuje správanie pásu počas podávania.

Geometria kladnej vyrezovej drážky a zachovanie materiálu

Rezový profil kladného zárezu je zvyčajne čiastočný strih, ktorý uvoľní výstupku na troch stranách, pričom ju ponechá spojenú na jednom okraji. Predstavte si malý obdĺžnikový alebo lichobežníkový jazyk, ktorý je vyrezaný na svojom prednom okraji, zadnom okraji a jednej bočnej strane, ale zostáva spojený pozdĺž opačnej bočnej hrany ako kĺbový spoj. Výstupka sa môže mierne ohybať vzhľadom na rovinu pásu, avšak neoddelí sa.

Mnoho konštruktérov pridáva na predný okraj výstupky uholové uvoľnenie, aby znížilo odpor pri podávaní. Toto uvoľnenie, ktoré zvyčajne má uhol medzi 5 a 15 stupňami v závislosti od hrúbky materiálu, zabráni tomu, aby predný roh výstupky zachytil povrch zdvíhacích prvkov pri posúvaní pásu. Táto geometria funguje podobne ako lance a flange pitch stop , kde je vyrazená časť ohnutá tak, aby vytvorila zároveň zarážku a tuhosť nosného pásu.

Keďže západka zostáva pripevnená, zachováva sa tuhlosť pásu v mieste zárezu. To je najdôležitejšie pri tenkých materiáloch, kde môže predĺženie pásu pod vplyvom ťahovej sily pri podávaní spôsobiť lokálne vlnenie alebo vlnitosť. Pás s vysokými charakteristikami predĺženia je obzvlášť náchylný na deformáciu v akomkoľvek bode, kde sa zmenší prierezná plocha. Tým, že materiál udržiava na mieste, pozitívne zárezy úplne eliminujú vznik tohto slabého bodu.

Ako pozitívne zárezy interagujú s zdvíhačmi a vodičmi

Keď sa pás posunie o jednu vzdialenosť medzi otvormi, zachovaná západka prejde cez vrch zdvíhača. Západka sa pohybuje po hornej ploche zdvíhača a pás sa podáva dopredu bez akéhokoľvek zásahu. Keď sa lis zatvorí, vodiče sa zapnú do vodiacich otvorov v páse za účelom konečnej registrácie a presne zarovnajú pás pred začiatkom tvarovania alebo rezných operácií.

Interakcia je hladká, pretože žiadny okraj pásu nemusí klesnúť do medzery alebo ju prekročiť. Západka v podstate premostí zdvíhací prvok a udržuje tak stály kontakt a predvídateľnú silu deformácie pri kontakte so zdvíhacím povrchom. To spôsobuje nižší odpor pri podávaní v porovnaní s konfiguráciami, kde orezaný okraj musí prechádzať okolo súčastí diely.

V aplikáciách tvárnenia plechu s obchádzacími vyrezmi sa táto nízkoodporná vlastnosť priamo prejavuje vo forme lepšej konzistencie rozstupu a zníženej kumulatívnej chyby v mnohokomorových dielach.

• Materiál je na pásu ponechaný ako pripevnená západková výčnelková časť.
• Geometria západky je zvyčajne trojstranný rez s jednou pripevnenou hranou a uhlovým vyľahčením na vedencej ploche.
• Odpor pri podávaní je nižší, pretože žiadny orezaný okraj sa nezachytáva o zdvíhací prvok alebo povrch diely.
• Tuhosť pásu je na mieste vyrezu zachovaná, čo je výhodné pre tenké materiály náchylné na vybočenie.
• Žiadny odpadok sa nevytvára, čím sa eliminujú problémy s jeho manipuláciou na stanici s výrezom.

Tento prístup založený na udržaní materiálu funguje dobre v prípadoch, keď je priorita tuhosť pásu. Čo sa však stane, keď sa rozhodujúcim faktorom stane voľný priestor namiesto tuhosti? To posúva geometriu v opačnom smere – smerom k odstráneniu materiálu namiesto jeho zachovania.

Záporná geometria vyrezu pre obchádzanie a funkčné mechanizmy

Zatiaľ čo kladný výrez materiál na pásu zachováva, záporný výrez pre obchádzanie materiál odstraňuje. Špeciálny razník odstráni presne definovanú časť z okraja pásu, čím vytvorí prázdny priestor alebo vyrez, ktorý umožňuje pásu prejsť okolo zdvíhacích prvkov a iných súčastí diely bez fyzického kontaktu. Odstránený odpad (slug) padne cez otvor v diele a je zahodený. To, čo zostane, je okraj pásu s úmyselnou medzerou, kde predtým bol materiál.

Tento prístup rieši iný problém. Namiesto premostenia zdvíhacích prvkov sa pás jednoducho úplne vyhýba týmto prvkom. Prázdny priestor zabezpečuje vertikálny aj laterálny priestor pre pohyb zdvíhacích prvkov, čím sa úplne eliminuje možnosť zachytenia, ťahania alebo zaseknutia pásu na vrchnej časti zdvíhacieho prvku počas cyklu podávania. V prípade nástrojov, kde je výška zdvíhacích prvkov významná alebo kde je hrúbka pásu taká, že prejdenie cez povrchy nie je praktické, filozofia „prvým krokom je vytvorenie priestoru“ ovplyvňuje návrh smerom k odstraňovaniu materiálu.

Záporná geometria vyrezu a odstraňovanie materiálu

Profil rezu je jednoduchý. Razidlo sa spustí cez okraj pásu a odstráni definovanú oblasť, zvyčajne obdĺžnikového alebo lichobežníkového tvaru. Odpadový kus sa čistým strihom oddelí od pásu a vysunie sa nadol cez zodpovedajúci otvor v die. Výsledkom je vyrez so špicatými vnútornými rohmi a odkrytými rezanými hranami po celom obvode.

Rozmery vyrezu sú určené požadovanou vzdialenosťou. Šírka musí umožniť umiestnenie tela zdvíhaca plus akýkoľvek bočný pohyb pásky počas podávania. Hĺbka musí zabezpečiť dostatočnú vertikálnu vzdialenosť, aby hrana pásky neprekročila kontakt so zdvíhačom v žiadnom bode počas cyklu lisu. Hlbšie vyrezy poskytujú väčšiu rezervu vzdialenosti, avšak odstraňujú viac materiálu z prierezu pásky.

Smer hrubého okraja (burr) sa tu stáva praktickým problémom. Keďže razidlo strihá cez pásku, pri tvorbe vyrezov bez prekrytia (bypass notches) vzniká pri strihaní vystupujúci okraj na strane matrice. Ak je tento hrubý okraj orientovaný smerom nahor počas podávania, môže sa zachytiť o vodidlá, povrchy zdvíhaca alebo iné komponenty matrice. Konštruktéri zvyčajne orientujú maticu tak, aby smer hrubého okraja bol smerom nadol, teda od povrchov, ktoré sa vzájomne dotýkajú pri posúvaní. Ak nie je takáto orientácia možná, potom sa interferenciu zmierňuje pomocou sekundárnej operácie odstránenia hrubého okraja (deburring) alebo pomocou zaoblených (chamfered) úležov na povrchoch matrice.

Na rozdiel od alternatívnej metódy s vystrihnutím a príchyľom popisovanej v literatúre o postupných dielach, pri ktorej sa vystrihnutá časť ohýba nadol, aby vytvorila zarážku a zvýšila tuhosť nosného pásu, negatívny rezb (notch) neposkytuje žiadnu sekundárnu štrukturálnu výhodu. Jeho jediným prínosom je voľný priestor. Odpadový kus (slug) opúšťa systém a pás sa ďalej posúva ľahší, avšak v tomto mieste menej tuhý.

Ako negatívne rezy (notches) ovplyvňujú podávanie pásu a jeho polohovanie (registráciu)

Odstránenie materiálu z okraja pásu má priamu dôsledok: lokálna tuhosť klesne. Modul pružnosti materiálu sa nemení, avšak prierezová plocha, ktorá odoláva ohybovým silám v oblasti rezu (notchu), sa zmenší. U veľmi tenkých alebo úzky pásov môže tento pokles vytvoriť miesto, kde sa pás začne ohýbať (tzv. klbno), čo spôsobuje neustály posun kroku pri podávaní a posun polohy (registrácie) medzi jednotlivými stanoviskami.

Pri hrubšom alebo širšom materiáli však zostávajúci prierez poskytuje viac než dostatok štrukturálnej podpory. V týchto aplikáciách vedie znížená interferencia s dvíhacími prvkami k čistejšej funkcií podávania. Pás sa nepresúva cez žiadnu prekážku. Jednoducho sa posúva dopredu vo voľnom priestore, pričom dvíhacie prvky stúpajú a klesajú vo vnútri prázdneho priestoru bez toho, aby sa kedy dotkli okraja pásu. To robí negatívne vyrezané zárezy obzvlášť účinnými v dieloch s vysokými dvíhacími prvkami, kde by zachovaný zárez musel nadmierne ohybať, aby prešiel cez vrchol dvíhacieho prvku.

Jednou kompromisnou situáciou, s ktorou sa inžinieri stretávajú, je skutočnosť, že negatívne zárezy môžu spôsobiť mierne vyšší odpor pri podávaní v porovnaní s ich pozitívnymi protikusmi. Dôvod je mechanický. Rezné okraje na obvode zárezu, najmä ak sa počas životnosti výroby vytvoria hrany (burrs), sa môžu zachytiť o povrchy nástrojov, vodiace prípravky pre pásku alebo prechody medzi vodiacimi lištami. Ak tieto okraje nie sú správne zaoblené (fazetované alebo zaoblené polkruhovým polomerom), páska sa pri každom kroku podávania zastavuje. Únavová pevnosť materiálu na rezných okrajoch je vyššia než u základného materiálu v dôsledku tvrdnutia materiálu pri strihaní, čo spôsobuje, že okraje sú tuhšie a menej pružné pri kontakte s inými povrchmi.

Správanie pri nastavovaní polohy sa tiež líši od pozitívnych zárezov. Keďže okraj pásky je prerušený prázdnotou, piloty sa musia zapájať do pásky na miestach, kde je materiál úplný. Samotná prázdnota nemôže prispieť k bočnému umiestneniu. V nástrojoch, kde krokové zarážky pracujú spolu s pilotmi na nastavovanie polohy pásky , pozícia zárezu musí byť starostlivo koordinovaná tak, aby sa prázdny priestor nezhodoval s žiadnou registračnou alebo snímacou funkciou.

• Z hrany pásu sa odstráni materiál, čím vznikne prázdny priestor alebo vyrez
• Geometria prázdneho priestoru je zvyčajne obdĺžniková alebo lichobežníková a je dimenzovaná tak, aby umožnila prechod zdvíhacích členov a ich pohyb
• Mierny prírastok tuhosti pásu je na mieste zárezu znížený v dôsledku zmenšenej prierezu
• Výška zdvihu je čistejšia a spoľahlivejšia, najmä pri hrubom materiáli alebo aplikáciách s vysokým zdvihom
• Rezanie hrán je náchylné na tvorbu hrubých hraníc (burr), čo môže počas životnosti dielov zvyšovať odpor pri podávaní
• Je potrebné riadiť odpad (slug), ktorý sa odstraňuje cez otvor v die v spodnej časti

Obe typy zárezov riešia rovnaký základný problém, avšak ich geometrické prístupy vedú k výrazne odlišným výkonnostným profilom. Skutočnou otázkou pre akýkoľvek rozpis pásu nie je, ktorý typ je lepší izolovane, ale ktorá kombinácia kompromisov zodpovedá konkrétnemu materiálu, rýchlosti lisu a konfigurácii dielov.

Porovnanie pozitívnych a negatívnych prechodových zárezov vedľa seba

Každý typ zárezu bol popísaný samostatne, avšak rozhodnutia o rozmiestnení pásu sa zvyčajne neprijímajú izolovane. Zvažujete kompromisy medzi viacerými atribútmi súčasne: odpor pri podávaní proti tuhosti pásu, voľný priestor pre zdvíhač proti zložitosti manipulácie so striedkami, smer hrubého okraja proti správaniu sa pri registrácii. To, čo potrebujú technici pre nástroje, je jediný referenčný materiál, ktorý umiestňuje každý relevantný atribút vedľa jeho protiľahlej vlastnosti, aby sa rozhodnutie stalo viditeľné na prvý pohľad.

Žiadny široko dostupný zdroj momentálne tento porovnávací prehľad neponúka v štruktúrovanej forme. Účel prechodových zárezov pri tvárnení plechu je všeobecne dobre pochopený, avšak podrobný rozbor na úrovni jednotlivých atribútov, ktorý ovplyvňuje výber geometrie počas návrhu rozmiestnenia pásu, je stále rozptýlený v rámci „kmeňového“ know-how a vnútorných návrhových noriem. Nižšie uvedená tabuľka tieto faktory zhromažďuje do formátu, ktorý môžete priamo použiť pri vyhodnocovaní typu zárezu pre nový nástroj.

Porovnanie typov notčov podľa jednotlivých atribútov

Kedy každý typ prekonáva druhý

Tabuľka odhaľuje jasný vzor. Kladné zárezy chránia to, čo pás už má: tuhosť, konštantnú šírku a hladký povrchový kontakt. Záporné zárezy vytvárajú to, čo pás potrebuje: otvorený priestor, vertikálny voľný priestor a voľnosť od kontaktu s dvíhacím zariadením. Výhoda z hľadiska výkonu sa mení v závislosti od toho, ktorý faktor obmedzuje vašu konkrétnu aplikáciu.

Pri materiáloch s malou hrúbkou, kde je medza klzu nízka v porovnaní s príslušnými silami pri podávaní a pás je náchylný na vybočovanie, kladné zárezy dosahujú lepší výsledok, pretože sa vyhýbajú odstraňovaniu prierezu z takto krehkého pásu. Keď je pás iba 0,5 mm hrubý a 30 mm široký, rezanie zárezu niekoľko milimetrov hlboko môže vytvoriť kĺbový bod, ktorý sa počas podávania posúva. Zachovaný jazýček tomu zabráni tým, že udržiava celistvosť pásu po celej jeho šírke.

Pri hrubších materiáloch sa výpočet obráti. Páska s hrúbkou 2,0 mm a šírkou 100 mm má významnú odolnosť voči ohybu, aj keď je z nej časť materiálu odstránená. Výrez predstavuje iba malé percento celkovej prierezu a zníženie tuhosti je zanedbateľné. V tomto prípade sa priorita posunie na voľný priestor pre zdvíhací prvok. Hrubý materiál, ktorý sa pohybuje cez vrchol zdvíhacieho prvku, vyvoláva vysoké kontaktné sily a zrýchlené opotrebovanie ako samotnej výstupky, tak aj povrchu zdvíhacieho prvku. Úplné odstránenie materiálu tento mechanizmus opotrebovania úplne eliminuje. Porozumenie vzťahu medzi mezou klzu a pevnosťou v ťahu pre daný materiál vám pomôže predpovedať, či sa zachovaná výstupka bude plasticky deformovať pod účinkom kontaktných síl zdvíhacieho prvku alebo či sa bude správať pružne a pohybovať sa hladko.

Úzke pásy dodržiavajú logiku tenkého materiálu bez ohľadu na hrúbku. Úzky pás má obmedzené množstvo materiálu na okraji, preto akýkoľvek odstránený materiál nepomerne ovplyvní jeho štruktúrne správanie. Kladné vyrezávania zachovávajú to malé prierezy, ktoré v danom prípade existujú. Široké pásy dodržiavajú logiku hrubého materiálu, kde dostatok zostávajúcej šírky kompenzuje akúkoľvek lokálnu stratu tuhosti.

Aplikácie s vysokou rýchlosťou zavádzajú dynamický prvok. Pri zvýšenej rýchlosti lisu sa zotrvačnosť pásu počas podávania zosilňuje každý zdroj odporu. Krátkodobé zachytenie výstupku na zdvíhacom prvku pri 60 úderoch za minútu je len nepohodlné. To isté zachytenie pri 400 úderoch za minútu sa stáva udalosťou nesprávneho zarovnania, ktorá sa prenáša cez každú nasledujúcu stanicu. Pri vysokorýchlostných dieloch, kde je voľný priestor medzi zdvíhacím prvkom a pásom veľmi malý, záporné vyrezávania tento faktor úplne eliminujú odstránením zdroja interferencie.

Vyberte typ rezu, ktorý najlepšie zachováva charakteristiku pásu, ktorá je pre vašu konkrétnu aplikáciu najdôležitejšia. Ak je obmedzujúcim faktorom tuhosť, ponechajte materiál. Ak je obmedzujúcim faktorom voľný priestor, odstráňte ho.

Toto rozhodovacie pravidlo znie jednoducho, avšak jeho účinné uplatnenie vyžaduje presné poznanie hĺbky, šírky a uhla rezania geometrie rezu. Práve tieto rozmerové parametre sú miestom, kde sa teória stretáva s praxou, a kde úmerné vzťahy k hrúbke materiálu a šírke pásu určujú, či vybraný typ rezu skutočne poskytne požadovanú výhodu výkonu.

Návrhové parametre pre hĺbku, šírku a uholové uvoľnenie rezu

Výber typu vyrezu je len polovica rozhodnutia. Druhou polovicou je jeho správne dimenzovanie. Kladný výrez s nesprávnou hĺbkou výstupku sa deformuje pri kontakte s vysúvačom. Záporný výrez, ktorý je príliš plytký, neposkytuje dostatočný priestor pri úplnom zdvihu vysúvača. Obe tieto zlyhania sú spôsobené tou istou základnou príčinou: geometria nebola navrhnutá tak, aby zodpovedala materiálu a vlastnostiam pásu, ktoré určujú skutočné prevádzkové výkony.

Problém spočíva v tom, že neexistuje jediný univerzálny vzorec, ktorý by sa hodil pre každú aplikáciu. Rozmery výrezu sú určené hierarchiou navzájom prepojených faktorov a pochopenie toho, ktorý z týchto faktorov má pre váš konkrétny nástroj najvyššiu prioritu, predchádza cyklom pokusov a omylov, ktoré spotrebujú čas a rozpočet potrebný na skúšobné prevádzky.

Hĺbka a šírka výrezu vzhľadom na hrúbku materiálu

Hĺbka vyrezu je rozmer, ktorý určuje voľný priestor pre negatívne výrezy a dĺžku výstupu výstupku pre pozitívne výrezy. V oboch prípadoch hrúbka materiálu určuje východiskový pomer. Platí všeobecné pravidlo: hĺbka vyrezu by mala zabezpečiť funkčný voľný priestor alebo zapadnutie výstupku bez ohrozovania schopnosti pásky sa spoľahlivo podávať za napätia.

Pri negatívnych výrezoch musí byť hĺbka väčšia ako výška zdvihu zdvíhaca (liftera) plus akékoľvek vertikálne pohyby pásky počas cyklu podávania. Ak sa zdvíhac (lifter) zdvihne o 4 mm a páska sa počas posunu kolíše o 0,5 mm, minimálna hĺbka vyrezu 5 mm zabezpečuje spoľahlivý voľný priestor. Výrazne väčšia hĺbka odstraňuje materiál, ktorý nemusel byť odstránený, čím sa nepotrebnou mierou zníži tuhosť pásky. Naopak, príliš plytké negatívne výrezy nechávajú okraj pásky nebezpečne blízko vrcholu zdvíhaca (liftera) v najvyššej polohe zdvihu, kde už aj minimálne prehnutie pásky spôsobí kontakt a zachytenie.

Pri kladných zárezech určuje hĺbka výstupku, ako ďaleko sa udržaný materiál vysúva z tela pásu. Výstupky, ktoré sú príliš hlboké vzhľadom na hrúbku materiálu, sa stávajú konzolovými nosníkmi, ktoré sú náchylné na plastickú deformáciu pri zaťažení od zdvíhacích prvkov. Keď sa výstupok trvale ohne, už pri nasledujúcich zdvihoch nedosahuje zdvíhací prvok. Hranicu tu určuje modul pružnosti materiálu pásu. Výstupok, ktorý sa deformuje v rámci svojho pružného rozsahu, sa po každom kontakte vráti do pôvodnej polohy. Ak sa však deformácia prekročí medzu klzu pre oceľ alebo iný použitý materiál, výstupok sa trvalo deformuje a stáva sa opakujúcou sa prekážkou pri podávaní.

Šírka zárezu sleduje podobnú logiku. Pri negatívnych zárezoch musí šírka umožňovať umiestnenie tela zdvíhaca plus bočné odchýlky pásky počas podávania. Pri pozitívnych zárezoch šírka určuje bočný rozmer výstupku a priamo ovplyvňuje jeho ohybovú tuhosť. Širší výstupok rozdeľuje kontaktné sily zdvíhaca na väčšiu plochu, čím sa zníži lokálna koncentrácia napätia. Uzšia výstupok sústreďuje sily a je viac náchylný na únavu pri dlhodobom výrobnom cykle.

Nasledujúca postupnosť priority riadi rozhodovanie o rozmeroch v prípade, keď sa vzájomne vylučujú rôzne faktory:

1. Hrúbka materiálu: Stanovuje základné pomery hĺbky a šírky. Hrubší materiál vydrží hlbšie negatívne zárezy bez straty tuhosti; tenší materiál vyžaduje plytšiu geometriu, aby sa zachovala štrukturálna spojitosť.
2. Šírka pásky: Určuje, koľko prierezu zostane po vyrezaní zárezu. Úzke pásky obmedzujú maximálnu povolenú hĺbku zárezu bez ohľadu na hrúbku materiálu.
3. Počet staníc: Dlhšie diely sa hromadia pozíciou chyby. Každá poloha noty musí zachovať dostatočnú pevnosť pásky, aby ju bolo možné prenášať cez všetky zostávajúce stanice bez postupného ohybu.
4. Krok podávania: Väčšie dĺžky kroku zvyšujú momentové rameno medzi opornými bodmi. Polohy noty v strede rozpätia medzi zdvíhačmi zažívajú maximálne prehnutie, čo vyžaduje plytšie noty alebo tuhšiu geometriu výstupkov.
5. Výška zdvíhača: Priamo určuje minimálny požadovaný priestor pre negatívne noty a minimálnu schopnosť prejdenia (ride-over) pre pozitívne notové výstupky.

Uhlárové uvoľnenie a úprava okrajov pre výkon podávania

Hĺbka a šírka nastavujú geometriu do správneho rozsahu. Uhlárové uvoľnenie je to, čo umožňuje bezodporové podávanie.

Pri pozitívnych výrezoch je predná hrana západky povrch, ktorý sa počas posunu pásu najskôr dotkne zdvíhacích prvkov. Bez vybrania tvorí táto hrana štvorcové rameno, ktoré sa zachytí na vrchole zdvíhacieho prvku a spôsobí dočasné zastavenie pohybu pásu. Pridaním fazetovania alebo uhlového vybrania 5 až 15 stupňov na prednej ploche západky sa umožní jej hladké prejdenie cez povrch zdvíhacieho prvku. Západka sa tak efektívne stáva klinom, ktorý sa sám zdvihne nad prekážku namiesto toho, aby do nej narazila.

Pri negatívnych zárezech je kritickou plochou orezaný obvod. Ostré hrany a hrotiaky pozdĺž stien zárezu sa môžu zachytiť o vodiace príslušenstvo, povrchy dielov alebo prechody na vodiacich lištách pri podávaní pásky cez nástroj. Zaoblenie hrán, zvyčajne 0,1 až 0,3 mm naklonené plochy aplikované počas výroby dielov alebo prostredníctvom sekundárnych opatrení na odstránenie hrotiakov v návrhu dielov, tento nežiadúci kontakt zníži. V prípade, keď sa modul pružnosti ocele na orezanej hrane zvýšil v dôsledku tvrdnutia spôsobeného strihaním, je hrana tuhšia a menej pružná pri kontakte s povrchmi. Naklonenie plochy zmierňuje geometrický prechod bez nutnosti zmeny vlastností materiálu.

Tieto uhlové parametre sa zmenšujú v závislosti od hrúbky materiálu. Tenší materiál, ktorý má nižšiu odolnosť voči ohybu, vyžaduje menej výrazné uvoľňovacie uhly, pretože kontaktné sily sú prirodzene nižšie. Hrší materiál generuje vyššie sily počas interakcie s dvíhacím mechanizmom, čo vyžaduje strmšie uvoľňovacie uhly, aby sa zabránilo zvyšovaniu trenia do takej miery, že sa posun pásu spomali alebo sa zníži presnosť kroku.

Ak technické príručky alebo ustanovené firemné štandardy uvádzajú konkrétne rozmerové pomery pre danú skupinu materiálov, tieto hodnoty predstavujú overené východiskové body. Modul pružnosti ocele, medza klzu ocele pre váš konkrétny druh a údaje o elasticite kovov z certifikátov materiálov vám poskytnú mechanické vlastnosti potrebné na výpočet toho, či daná geometria výstupku zostane v pružnom stave pri očakávaných zaťaženiach zdvíhacích zariadení. Konštruktéri, ktorí začínajú s týmito vypočítanými pomermi a následne ich upresňujú počas skúšobnej výroby, dosahujú stabilnú sériovú výrobu rýchlejšie než tí, ktorí rozmery stanovujú iba vizuálnym odhadom.

Samotná geometria však neposkytuje úplný obraz. Rovnaké rozmery vyrezu sa správajú odlišne v hliníku a v nehrdzavejúcej oceli. Správanie materiálu špecifické pre daný typ – vrátane tvrdnutia pri tvárnení, medzí predĺženia a tvrdnutia pri deformácii na rezaných hranách – predstavuje ďalšiu vrstvu úpravy konštrukcie, ktorá posúva parametre, ktoré ste práve stanovili.

Špecifické aspekty materiálu pri výbere typu rezu

Rozmer rezového zárezu, ktorý je dokonale prispôsobený mäkkej ocele, môže spôsobiť trhnutie hliníka alebo problémy s podávaním nehrdzavejúcej ocele. Geometrické parametre stanovené v predchádzajúcej časti predpokladajú všeobecnú odpoveď materiálu, avšak skutočný pások sa nep správa všeobecne. Každá skupina materiálov má svoju vlastnú kombináciu mezného napätia, schopnosti predĺženia a správania sa pri deformácii, čo ovplyvňuje výkon geometrie rezového zárezu za výrobných podmienok.

Toto je medzera, ktorú väčšina návrhových referencií nezohľadňuje. Uznávajú, že materiál má význam, a potom pokračujú ďalej bez vysvetlenia toho, ako presne má význam. Skutočnosť je taká, že preferovaný typ rezového zárezu, geometria výstupku, uhol vyhĺbenia a dokonca aj intervaly údržby sa významne menia, keď zmeníte cievku na odvinovacom zariadení. Porozumenie týchto zmien ešte pred skúškou predchádza nákladnému cyklu opakovaných úprav: výroba dielov, pozorovanie porúch, úprava geometrie a opätovná výroba.

Správanie rezového zárezu pri hliníku a mäkkej oceli

Hliník predstavuje špecifickú výzvu pri návrhu prechodových rezov: jeho nižšia mez pevnosti v ťahu v porovnaní s oceľovými ekvivalentmi znamená, že materiál plasticky deformuje pri nižších silách podávania a jeho vyššia predĺžiteľnosť umožňuje výrazné natiahnutie pred zlomením. Pri tenkostennom hliníku sú kladné rezy zvyčajne uprednostňované. Zachovaný výstupok odoláva trhaniu počas podávania, pretože ductilita materiálu umožňuje výstupku pružne sa ohýbať nad povrchmi zdvíhacích prvkov bez zlomenia v mieste pripojenia. Výstupok absorbuje kontaktné zaťaženia prostredníctvom pružnej a miernej plastickej deformácie namiesto praskania.

Avšak tá istá tvárnosť vytvára riziko. Ak geometria výstupku umožňuje nadmernú deformáciu, hliníkové výstupky sa môžu po iba niekoľkých stovkách pohybov trvalo deformovať. Nízka medza klzu ocele sa v hliníku ľahko prekročí, čo znamená, že výstupky ohnuté za ich elastický limit zostanú ohnuté. Konštruktéri kompenzujú tento jav tak, že v prípade hliníka robia pozitívne zárezy širšími a plytším, čím rozdeľujú sily od zdvíhacieho mechanizmu na väčšiu plochu, aby lokálne napätia zostali pod úmernostnou medzou materiálu.

Negatívne zárezy v tenkom hliníku sú problematické. Odstránenie materiálu z už tak mäkkej a pružnej pásky vytvára kĺbový bod, ktorý sa počas podávania posúva. Páska sa deformuje v mieste vyrezu, čo spôsobuje nezhodu v kroku, ktorá sa počas jednotlivých staníc postupne zhoršuje. V prípade hrubšej hliníkovej pásky, zvyčajne nad 1,5 mm, poskytuje zostávajúci prierez dostatočnú podporu a negatívne zárezy sa stávajú použiteľné.

Mäkká oceľ naopak ponúka najprijateľnejšie prostredie pre návrh vyrezov. Jej vyvážená kombinácia strednej meze klzu (zvyčajne 200 až 350 MPa), primeranej predĺžiteľnosti (20 až 30 %) a predvídateľného správania sa pri tvrdnutí v dôsledku deformácie ju robí odolnou voči obom typom vyrezov. Pozitívne vyrezové západky z mäkkej ocele zachovávajú svoj tvar pri kontakte s vychybovačmi, pretože materiál je dostatočne tuhý na to, aby odolal trvalému deformovaniu, a zároveň dostatočne tvárny na to, aby absorboval prípadné preťaženia bez vzniku trhliny. Negatívne vyrezy sa čistia bez problémov s minimálnym hraním a rezné okraje sa po strihaní nezahrdnú nadmierne.

Táto odolnosť poskytuje konštruktérovi voľnosť optimalizovať aj iné faktory. Pri tvárnení mäkkej ocele môžete typ vyrezu vybrať výhradne na základe obmedzení rozmiestnenia nástroja, konfigurácie vychybovačov alebo požiadaviek na rýchlosť lisu, namiesto toho, aby ste boli kvôli materiálovým obmedzeniam nútení použiť len jeden typ vyrezu.

Úpravy návrhu vyrezov pre nehrdzavejúcu oceľ a vysokopevnostnú oceľ

Nežiadúca vlastnosť nehrdzavejúcej ocele, najmä austenitických značiek série 300, ktorá sa nevyskytuje u mäkkej ocele a hliníka, je intenzívne tvrdnutie pri tvárnení. Ako MetalForming Magazine vysvetľuje, deformáciou vyvolané tvrdnutie a tvrdnutie pri tvárnení materiál posilňujú a novšie značky ocele sa tvrdnú pri tvárnení vo väčšej miere ako konvenčné vysokopevnostné značky. Austenitické nehrdzavejúce ocele série 3XX sa vyznačujú obzvlášť vysokou schopnosťou tvrdnúť pri tvárnení.

Pri negatívnych zárezoch z nehrdzavejúcej ocele je strihová operácia, ktorá vytvára zárez, zároveň aj tvárnou operáciou. Rezné okraje prechádzajú významnou plastickou deformáciou počas vyraďovania a u austenitickej nehrdzavejúcej ocele sa tento druh deformácie prejavuje zvýšením pevnosti okrajového materiálu výrazne nad medzu klzu východiskového plechu. Po výrobe tisícov dielov sa tento kumulatívny efekt dá merať: rezné okraje po obvode zárezu sa postupne stávajú tvrdšími a tužšími. Zatiaľ čo konvenčná vysokopevnostná nízkolegovaná oceľ (HSLA) môže zvýšiť svoju pevnosť v dôsledku tvrdenia chladením približne o 20 percent, u nehrdzavejúcich ocelí sa v intenzívne deformovaných oblastiach môže toto zvýšenie priblížiť až k 50 percentám alebo viac. Tento ztvrdnutý okraj zvyšuje odpor pri podávaní počas životnosti nástroja, pretože tužší okraj sa agresívnejšie zachytáva na vodiacich povrchoch a komponentoch nástroja.

Modul pružnosti v ťahu, ktorý vykazuje oceľ, sa pri tvrdnutí pracou nemení, avšak medza klzu ocele na reznom okraji sa výrazne zvyšuje. To, čo sa pôvodne začína ako poddajný okraj, ktorý sa pri kontakte mierne ohýba, sa postupne mení na tuhý okraj, ktorý odoláva ohýbaniu a prenáša poháňacie sily priamo do telesa pásu. Pri dlhých výrobných sériách z nehrdzavejúcej ocele toto postupné tvrdnutie znamená, že výkon zápornej noty pri poháňaní sa predvídateľne zhoršuje počas životnosti nástroja, čo vyžaduje častejšie údržbové intervaly alebo agresívnejšiu počiatočnú geometriu uvoľnenia, aby sa kompenzovalo predpokladané tvrdnutie.

Kladné zárezy v nehrdzavejúcej ocele umožňujú vyhnúť sa problému ztvrdnutia rezného okraja na okraji pásu, avšak sprevádzajú ich vlastné obavy. Miesto pripevnenia jazýčka, kde sa stretávajú tri strihané strany s jednou spojenou hranou, je zónou koncentrácie napätia. V nehrdzavejúcej oceli sa opakované zaťaženie od zdvíhacích zariadení v tomto bode môže stať počiatkom únavového trhlinovania, pretože materiál ztvrdnutý deformáciou v spoji jazýčka sa stáva krehkým vo vzťahu k okolitému základnému materiálu. Veľké polomery zaoblenia vnútorných rohov jazýčka a mierne širšie šírky pripevnenia tento riziko zmierňujú rozložením napätia na väčšiu plochu.

Vysoce pevné ocele, vrátane dvojfázových (DP), zložitofázových (CP) a tlakovým tvárením tuhnutých značiek, predstavujú opačný problém než hliník. Tieto materiály majú vysokú medzu klzu, avšak zníženú predĺžiteľnosť. Napríklad značka DP1000 ponúka vynikajúcu pevnosť, avšak obmedzenú schopnosť plastického deformovania bez prasknutia. Kladné zárezy v vysoce pevných oceliach sa môžu pri mieste pripojenia zlomiť, ak geometria zárezu spôsobuje koncentráciu napätia. Modul pružnosti ocele zostáva približne konštantný pre všetky značky (približne 200 GPa), avšak úzky rozdiel medzi medzou klzu a medzou pevnosti pri týchto značkách nezanecháva takmer žiadne miesto pre plastické deformovanie pred zlyhaním.

Výskum rezaných okrajov vysoce pevných ocelí potvrdzuje, že defekty vzniknuté počas strihania pôsobia ako miesta zvyšovania napätia a začiatky trhliny. A štúdia publikovaná v časopise Metals zistilo sa, že vysokopevné ocele môžu vykazovať až 40-percentné zníženie únavovej pevnosti spôsobené výrobnými defektmi vznikajúcimi pri operáciách prebijania a orezávania. Pri aplikáciách s obchádzacími vyrezmi to znamená, že oba typy vyrezov vyžadujú dôkladnú kontrolu kvality okrajov pri vysokopevných oceliach. Negatívne vyrezové okraje musia byť čisté s minimálnou hĺbkou lomovej zóny, aby sa predišlo vzniku miest iniciácie trhliny. Pri pozitívnych vyrezových spojoch (tab) sa musia vyhnúť ostrým vnútorným rohom, ktoré koncentrujú napätie nad obmedzenú ductilitu materiálu.

Vzor v tejto tabuľke odhaľuje zásadu, ktorú stojí za to si osvojiť: materiály s vysokou predĺžiteľnosťou a nízkou medzou klzu preferujú pozitívne ozubenia, pretože zachovaný záves dokáže absorbovať kontaktné zaťaženie bez trvalého deformovania. Materiály s nízkou predĺžiteľnosťou a vysokou medzou klzu preferujú negatívne ozubenia, pretože zachované závesy z týchto materiálov sa skôr lámu než ohýbajú. Charakteristiky tvrdnutia pri deformácii a prácneho tvrdnutia konkrétnej zliatiny potom určujú, ako sa geometria ozubenia mení počas životnosti výrobného procesu.

Výber materiálu samotný však neposkytuje úplné riešenie návrhu rezu. Ten istý materiál sa správa inak pri prechode šesťstaniciovým tvárničom nástrojom pri 100 úderoch za minútu ako pri prechode dvadsiatostaniciovým tvárničom nástrojom pri 500 úderoch za minútu. Zložitosť rozmiestnenia pásu a rýchlosť lisu zavádzajú dynamické faktory, ktoré zosilňujú alebo potláčajú materiálovo špecifické správanie, o ktorom sa práve hovorilo.

Faktory rozmiestnenia pásu a rýchlosti lisu pri výbere rezu

Geometria rezu, ktorá sa bez problémov dopravuje v šesťstaniciovom tvárničom nástroji s frekvenciou 80 úderov za minútu, sa môže stať opakujúcim sa zdrojom nesprávneho umiestnenia v dvadsiatostaniciovom tvárničom nástroji s frekvenciou 400 úderov za minútu. Rozdiel nie je v samotnom reze. Je v kontexte systému, v ktorom sa nachádza: počte staníc, ktorými pás musí prejsť, vzdialenosti, ktorú pás prejde pri každom údere, a rýchlosti, akou lis prechádza medzi jednotlivými dopravnými udalosťami. Tieto premenné zosilňujú alebo potláčajú silné a slabé stránky jednotlivých typov rezov spôsobmi, ktoré sa nedajú predpovedať iba na základe vlastností materiálu.

Smer postupného posúvania a vplyv počtu staníc

Dlhšie postupné tvárnice sa postupne nahromadia chyby polohy. Každá stanicia, cez ktorú prechádza pás, spôsobuje malú odchýlku v polohe a tieto odchýlky sa sčítajú. Keď pás dosiahne napríklad pätnástu alebo dvadsiatu stanicu, celkové posunutie od pôvodnej polohy pilotov (vodičov) môže prekročiť prípustné tolerancie, ak sa šírka pásu neudržiava konzistentne po celom jeho dĺžkovom priebehu.

Kladné obchádzacie zárezy ponúkajú v tomto prípade výhodu. Pretože zachovaný výstupok udržiava šírku pásu na mieste zárezu, pás poskytuje konzistentný okraj pre zapojenie pilotov (vodičov) a kontakt s vodidlami po celom svojom postupnom pohybe. Neexistujú žiadne medzery, ktoré by narušovali bočný referenčný povrch. Vodidlá a senzory, vrátane akýchkoľvek induktívny snímač vzdialenosti používa sa na monitorovanie polohy pásu, čo zabezpečuje rovnaký okraj pásu bez ohľadu na polohu vyrezu. Táto konzistencie pomáha udržať kumulatívnu presnosť počas dlhých postupných nástrojov, kde dokonca aj 0,02 mm posunu na stanici sa pri odrezávacej stanici zosilní na významnú chybu.

Krátkšie nástroje s menším počtom staníc vykazujú menšiu akumulovanú chybu. V štvor- alebo šesťstančnom nástroji prechádza pás obmedzeným počtom posuvov pred oddelením súčiastky. V tomto prípade záporné výrezy poskytujú dostatočnú presnosť polohy s jednoduchším nástrojom, pretože existuje jednoducho menej príležitostí na kumuláciu chýb polohy. Výhoda voľného priestoru v dôsledku odstránenia materiálu prevyšuje nepatrnú stratу tuhosti, keď pás potrebuje udržať presnosť iba cez niekoľko staníc. Skúsení návrhári nástrojov často využívajú moderný softvér na optimalizáciu rozmiestnenia materiálu podľa dĺžky materiálu optimalizácia pri rozmiestnení pásu, avšak rozhodnutie o type rezu stále závisí od počtu staníc, ktoré optimalizované rozmiestnenie vyžaduje, a od toho, akú kumulatívnu chybu môžu tolerovať tolerancie súčiastky.

Zváženie rýchlosti lisu a výrobného objemu

Rýchlosť mení fyzikálne podmienky podávania pásu. Pri nízkych rýchlostiach lisu sa pás posúva riadeným, takmer statickým pohybom, pri ktorom je vplyv zotrvačnosti zanedbateľný. Pri vysokých rýchlostiach sa dominantným faktorom stávajú dynamické javy pásu. Počas každého cyklu podávania sa pás prudko zrýchľuje a spomaľuje, čo spôsobuje kmitanie, odskoky a dočasnú stratу kontaktu s vodičmi. Akýkoľvek zdroj odporu pri podávaní, bez ohľadu na to, aký malý je pri nízkej rýchlosti, sa pri vysokých rýchlostiach zosilní na merateľnú nepravidelnosť kroku.

Pri vysokorychlostných operáciách tvárnenia kovov, ktoré sa vykonávajú rýchlosťou vyššou ako 250 úderov za minútu, má prednosť druh zárezu, ktorý minimalizuje odpor pri podávaní. Ak geometria nástroja umožňuje použitie oboch typov a vlastnosti materiálu rozhodnutie nevyžadujú, rýchlosť lisu často slúži ako rozhodujúci faktor. Pozitívne zárezy s dobre uvoľnenými jazýčkami spôsobujú nižšie trenie pri vysokých rýchlostiach, pretože nemajú žiadny rezaný okraj, ktorý by mohol zachytiť materiál. Negatívne zárezy zabezpečujú nulové rušenie zdvíhacích prvkov, čo je dôležité v prípadoch agresívneho časovania zdvíhacích prvkov pri vysokých rýchlostiach, keď medzi pásom a vrchom zdvíhacieho prvku takmer nezostáva žiadna voľná vzdialenosť.

Objem výroby pridáva ďalší rozmer. Vysokozdružové série odhaľujú akýkoľvek mechanizmus opotrebovania, ktorý by kratšie série nikdy neodhalili. Konfigurácia zárezu, ktorá dokonale zaisťuje podávanie po 50 000 zdvihov, môže pri 500 000 zdvihoch vykazovať postupne rastúcu odporovú silu v dôsledku opotrebovania hrán, rastu hrotov a degradácie geometrie jazýčkov. Pri dlhodobých výrobných kampaniach výber typu zárezu s vyššou odolnosťou proti opotrebovaniu pre konkrétny materiál zníži neplánované výpadky a predĺži intervaly údržby.

Poradie priorít sa mení v závislosti od toho, či vaša aplikácia vyžaduje rýchlosť alebo presnosť:

• Priority pre aplikácie s vysokou rýchlosťou (nad 250 SPM): Najprv minimalizovať odpor pri podávaní; zabezpečiť, aby medzera zdvíhacieho mechanizmu prekračovala dynamické kmity pásu; vybrať typ zárezu s najnižším koeficientom trenia; uprednostniť odolnosť proti opotrebovaniu pre konkrétny materiál; optimalizovať uhol uvoľnenia pre zotrvačné sily pri podávaní
• Priority pre aplikácie s nízkou rýchlosťou a vysokou presnosťou (pod 150 SPM): Najprv maximalizujte presnosť registrácie; vyberte typ noty, ktorý zachováva tuhosť pásu pre konzistentné zapojenie vodiča; minimalizujte kumulatívnu polohovú chybu cez všetky stanice; uprednostnite rozmernú stabilitu geometrie noty pred životnosťou nástroja; zabezpečte, aby sa poloha noty zhodovala so všetkými senzorovými a registračnými prvkami

Spoločnou vetvou je predvídateľnosť. Bez ohľadu na to, či sa stroj prevádzkuje rýchlo alebo pomaly, noty sa musia správať rovnako pri milióntom zdvihu ako pri prvom zdvihu. Táto predvídateľnosť závisí od toho, ako sa geometria noty postupne zhoršuje v čase, čo vedie diskusiu priamo k správaniu sa pri opotrebení a riadeniu životnosti nástroja.

Vzory opotrebenia a vplyv na životnosť nástroja podľa typu noty

Zárez, ktorý sa na prvý deň dokonale prispôsobí, sa na tretí stotý deň už neprispôsobí dokonale. Každý výrobný zdvih podrobuje povrchy nástroja a matrice tlakovému nárazu, abrazívnemu kontaktu s pásom materiálu a mikroskopickému únavovému cyklovaniu. Po tisícoch alebo miliónoch zdvihov tieto sily postupne menia reznú geometriu subtilným, no kumulatívnym spôsobom. Kľúčový poznatok pre konštruktérov nástrojov je, že pozitívne a negatívne zárezy sa opotrebovávajú rôznym spôsobom. Ich vzory opotrebovania sa líšia v lokalite, rýchlosti progresie a pozorovateľných príznakoch, čo znamená, že aj stratégie ich údržby musia byť odlišné.

Ignorovanie týchto rozdielov vedie k reaktívnemu riešeniu problémov: pás začne nesprávne registrovať, niekto vyberie maticu a až potom sa tím dozvie, že sa geometria zárezu opotrebovala počas týždňov. Porozumenie špecifického vzoru opotrebovania pre každý typ premieňa tento reaktívny cyklus na prediktívny.

Postup opotrebovania pri nástrojoch s pozitívnym zárezom

Hrany nárazového nástroja, ktoré tvoria pozitívne zárezy, sa opotrebujú pozdĺž troch strihaných strán, ktoré uvoľňujú zárez z telesa pásu. Tieto hrany sú pracovné povrchy, ktoré udržiavajú jasne definovaný tvar zárezu, a postupne sa degradujú predvídateľnou postupnosťou.

Na začiatku životnosti nárazového nástroja sú strihacie hrany ostré a vytvárajú čisté oddelenie zárezu s minimálnym hrancom. Obvod zárezu je dobre definovaný a jeho uhlová reliéfna geometria zostáva neporušená. Počas pokračujúcej výroby sa mechanizmy adhezívneho a abrazívneho opotrebovania postupne zaoblia hrany nárazového nástroja. Analýza vzorov opotrebovania nárazového a matricového nástroja ukazuje, že opakované cykly napätia spôsobujú mikroskopické trhliny, ktoré sa nakoniec rozšíria na väčšie defekty prostredníctvom únavového opotrebovania – mechanizmu, ktorý je obzvlášť dôležitý pre tenké časti na obvode zárezy.

Degradáciu si všimnete prostredníctvom špecifického reťazca príznakov:

• Na hranách zárezy sa vytvárajú zaoblenia tam, kde boli pôvodne ostré rohy, čím sa zníži definícia profilu zárezu
• Na strihnutých hranách výstupku začínajú vznikať otočné hrany (burrs), čo vytvára vyčnievajúci materiál, ktorý sa zachytáva na povrchoch zdvíhacích prvkov počas posúvania pásu
• Uholové uvoľnenie výstupku sa účinne znižuje, keď sa zaoblenie prednej hrany zvyšuje, čím sa zväčšuje kontaktná plocha so zdvíhacími prvkami a zvyšuje sa odpor pri zdvíhaní
• Odpor pri podávaní postupne stúpa, čo je možné merať ako postupné zhoršovanie polohy pásu na následných pilotných staniciach
• Súčiastky začínajú vykazovať rozmerné odchýlky, ktoré sú v súlade s progresívnym hromadením chýb kroku

Kľúčové slovo tu je postupne. Pozitívne opotrebovanie noty nezvyšuje náhle poruchy. Spôsobuje pomalý, lineárny nárast odporu pri podávaní, ktorý sa často nepozoruje, kým nie je prekročená tolerancia polohy. Inžinieri, ktorí sledujú údaje o polohe pásu v čase, môžu identifikovať tento vzostupný trend a naplánovať údržbu pred tým, ako sa degradácia dostane na úroveň poruchy.

Keďže západky boli pri pôvodnej operácii tvárnenia mechanicky zušľachtené na ich strihových hranách, deformačné zušľachtenie týchto strihových povrchov poskytuje na začiatku určitú odolnosť voči abrazívnemu opotrebovaniu. Po pretrhnutí však tejto zušľachtenej vrstvy sa podkladový mäkší materiál eroduje rýchlejšie, čo niekedy spôsobuje inflexný bod, kde sa po počiatočnom období stabilného opotrebovania rýchlosť opotrebovania zrýchli.

Postup opotrebovania nástrojov s negatívnym zárezom

Negatívne zárezové razidlá sa opotrebovávajú na reznom obvode, teda na obdĺžnikovom alebo lichobežníkovom okraji, ktorý strihá materiál zo pásu. Keď sa tento obvod zaoblení, funkčný dôsledok je iný než pri opotrebovaní pozitívneho zárezu: efektívna veľkosť odstránenej oblasti sa zmenšuje.

Tu je dôvod, prečo je to dôležité. Keď sa hrana nárazníka zaoblení, už neprekrája čistú, plnú šírku otvoru. Výrez sa stáva mierne užším a plytším v porovnaní s pôvodnou konštrukčnou geometriou. Každý tisícinový milimeter stratený kvôli zaobleniu hrany znižuje medzeru medzi okrajom pásky a telom zdvíhaca. Po desiatkach tisíc zdvihov sa medzera zužuje až dovtedy, kým sa páska znova nedotkne zdvíhaca, čo spôsobuje rovnaké problémy s uvádzaním, ktoré mal výrez predchádzať.

Súčasne sa hromadenie hrubých okrajov (burr) problém zhoršuje. Keď sa nárazník tupí, hrubé okraje na rezných hranách pásky rastú vyššie. Mate Precision Technologies odporúča nástroje na broušenie pri opotrebení hrán na polomer 0,01 palca (0,25 mm), pričom je potrebné poznamenať, že časté drobné opravy sú účinnejšie než čakanie, kým sa razník veľmi zosilní. Pri nástrojoch na negatívne vyrezávanie je tento princíp obzvlášť dôležitý, pretože hranové výstupky nie sú len problémom kvality. Pri posúvaní pásu priamo brzdia jeho vedenie tým, že sa zachytávajú o vodidlá, povrchy dielov a vrcholy zdvíhacích prvkov. tvorba bočných hranových výstupkov pri operáciách vyrezávania potvrdzuje, že závažnosť hranových výstupkov stúpa, keď sa vzájomné pomery medzi razníkom a matricou odchyľujú od pôvodných návrhových hodnôt – presne to sa deje pri opotrebovaní hrán a zmenšovaní efektívneho medzery.

Režim poruchy pre záporné drážky má tendenciu byť prudší ako pre kladné drážky. Odpor pri podávaní zostáva relatívne stabilný, pokiaľ existuje dostatočná vzdialenosť, a potom prudko stúpne v momente, keď znížená geometria drážky konečne umožní kontakt medzi páskou a zdvíhačom. To spôsobuje, že opotrebovanie záporných drážok je ťažšie zistiť prostredníctvom postupného monitorovania trendov a skôr sa prejaví ako náhla výrobná porucha.

Stratégie údržby podľa typu drážky

Postupy broušenia sa líšia, pretože sa líšia miesta opotrebovania aj funkčné ciele.

Pri kladnom nástroji na vyrezávanie sa brousenie sústreďuje na obnovu ostrých okrajov oddelenia výstupkov. Cieľom je obnoviť jasné strihové čiary na troch voľných stranách výstupku, aby sa geometria výstupku vrátila do pôvodného navrhovaného profilu. Toto zvyčajne zahŕňa plošné brousenie prednej strany razidla, aby sa odstránil opotrebovaný povrch a obnovila sa geometria rezného okraja. Ak bol váš nástroj pôvodne dokončený pomocou EDM drôtovej obrábania pre zložité profily výstupkov, musí sa pri opätovnom brousení tieto kontúry zachovať, namiesto jednoduchého vyrovnania prednej strany razidla.

Pri nástrojoch na negatívne drážkovanie obnovuje opätovné brousenie úplnú geometriu voľného priestoru. Cieľom je vrátiť obvod razníka do jeho pôvodných rozmerov, aby sa šírka a hĺbka vyrezaného otvoru v pásiku zhodovala s navrhovanými rozmermi. Keďže funkčným dôsledkom opotrebovania je zníženie voľného priestoru, aj malé množstvo materiálu odstráneného pri opätovnom brousení významne obnovuje výkon. Rovnako dôležité je odstránenie hrubých okrajov (odhrubovanie) otvoru v matrici, pretože prechod odpadu a jeho vystrelenie sa môžu zhoršiť v dôsledku opotrebovania a hromadenia materiálu vo vnútri dutiny matrice.

V oboch prípadoch je celkový rozpočet na opätovné brousenie obmedzený. Každé brousenie odstraňuje materiál z čelnej plochy razníka a postupne ho skracuje. Keď kumulatívne množstvo odstráneného materiálu pri opätovnom brousení dosiahne medznú hodnotu dĺžkového tolerančného rozsahu razníka, je potrebné razník nahradiť namiesto ďalšieho brousenia.

Porozumenie špecifickému vzoru opotrebovania pre každý typ zárezu umožňuje plánovanie predikčnej údržby namiesto reaktívneho odstraňovania porúch. Pozitívne zárezy sa postupne opotrebujú prostredníctvom stúpajúceho odporu pri podávaní. Negatívne zárezy sa opotrebujú znížením voľného priestoru, čo nakoniec spôsobí náhle zachytenie pásu. Príslušne monitorujte.

Správanie pri opotrebovaní dopĺňa celkový obraz toho, ako sa každý typ zárezu správa počas celého svojho životného cyklu. Od výberu počiatočnej geometrie cez dimenzovanie špecifické pre materiál, integráciu rozmiestnenia pásu až po plánovanie údržby sa rozhodovací rámec pre návrh obchádzacích zárezov rozprestiera po celý program dielov. Spojenie týchto prvkov do praktickej implementačnej sekvencie poskytuje technikom pre náradie jasnú cestu od návrhového zámeru po overenú výrobu.

Implementačný pracovný postup a zdroje pre vlastné inžinierstvo dielov

Každý doteraz diskutovaný koncept – od výberu geometrie po správanie materiálu a riadenie opotrebovania – sa stretáva v jedinom bode: v okamihu, keď sa rozhodnete pre konkrétny tvar drážky a začnete ju realizovať v ocele. Toto rozhodnutie sa prijíma v rámci pracovného postupu a inžinieri, ktorí tento postup systematicky uplatňujú, dosahujú lepšie výsledky než tí, ktorí prejdú priamo od konceptu k vyrezaniu bez štruktúrovaného postupu medzi nimi.

Skutočnosť negatívnych a pozitívnych obchádzacích drážok pri tvárnení plechových dielov a výrobe tvárných nástrojov spočíva v tom, že žiadny jeden faktor samostatne nepresahuje ostatné pri rozhodovaní. Typ materiálu určuje preferenciu drážok. Šírka pásu obmedzuje hĺbku drážky. Rýchlosť lisu posúva prioritu medzi tuhosťou a voľným priestorom. Počet staníc určuje, akú mieru kumulatívnej chyby ešte môžete tolerovať. Tieto faktory navzájom interagujú a pracovný postup implementácie musí zohľadniť všetky z nich v správnom poradí.

Rozhodovací rámec pre inžinierov nástrojov

Keď sa prvýkrát posadíte k novému rozloženiu pásu, rozhodnutie o type rezu sa uskutočňuje logickou postupnosťou. Preskakovanie krokov alebo ich preusporiadanie vytvára medzery, ktoré sa objavia počas skúšobného behu – často vo forme záhadných problémov s podávaním, ktoré odolávajú rýchlemu vyriešeniu. Nasledujúca postupnosť odráža prístup skúsených odborníkov na výrobu nástrojov a dielov pri návrhu rezov typu bypass z prvého princípu:

1. Posúdiť typ materiálu a jeho hrúbku. Určiť rodinu zliatin, hrúbku (kalibr), medzu klzu, predĺženie a charakteristiky tvrdnutia materiálu pri deformácii. To určuje, či materiálové obmedzenia nútené vás ešte pred zohľadnením akéhokoľvek iného faktora presvedčia, aby ste zvolili pozitívne alebo negatívne rezy.
2. Posúdiť šírku pásu a počet staníc. Vypočítať zostávajúcu prierezovú plochu po aplikovaní geometrie rezu. Určiť, koľko staníc pás musí prejsť, a odhadnúť kumulatívnu toleranciu polohovej chyby na poslednej stanici.
3. Určiť požiadavky na zdvíhacie mechanizmy. Stanovte typ zdvíhaca (kruhový, tyčový alebo pásikový), výšku zdvíhaca a polohu zdvíhaca vzhľadom na okraj pásika. Zmapujte pohyb zdvíhaca vzhľadom na polohu pásika v každom bode cyklu lisu, aby ste identifikovali potenciálne zóny interferencie.
4. Vyberte typ vyrezu na základe priorita faktora. Ak je zachovanie tuhosti obmedzujúcim faktorom (tenký materiál, úzky pásik, dlhý diel, presné tolerancie), vyberte kladnú hodnotu. Ak je voľný priestor obmedzujúcim faktorom (hrubý materiál, vysoké zdvíhace, prevádzka pri vysokých rýchlostiach, široký pásik s dostatočnou rezervou tuhosti), vyberte zápornú hodnotu.
5. Rozmery geometrie vyrezu nastavte úmerne parametrom materiálu. Nastavte hĺbku, šírku a uhol uvoľnenia pomocou úmernostných vzťahov stanovených hrúbkou materiálu, zdvihom zdvíhaca a požiadavkami na tuhosť pásika. Uplatnite materiálovo špecifické úpravy pre správanie sa pri tvrdnutí, limity predĺženia a požiadavky na kvalitu okraja.
6. Overte prostredníctvom skúšobného behu a upravte. Spustite nástroj postupne zvyšovaním rýchlosti. Sledujte registráciu pásu na pilotných staničkách. Merajte presnosť rozostupu po celej dĺžke nástroja. Skontrolujte, či sa odpor pri podávaní pásu udržuje stabilný a či nedochádza k dotyku pásu s vychyľovačom počas celého cyklu vychyľovača. Upravte uhol vyhĺbenia, hĺbku rezu alebo úpravu okraja na základe pozorovanej prevádzkovej výkonnosti.

Táto postupnosť nie je pevne daná. Niektoré projekty predstavujú obmedzenia, ktoré spájajú viacero krokov do jediného zrejmého záveru. Napríklad pás z hliníka s hrúbkou 0,3 mm v nástroji so dvadsiatimi stanicami prakticky vyžaduje pozitívne rezy ešte pred tým, ako sa začne hodnotiť výška vychyľovača. Naopak, pri rezaní plechu z vysokopevnostnej ocele s hrúbkou 3,0 mm v nástroji so štyrmi staniciami sa prednostne uplatňujú negatívne rezy, ešte predtým, ako sa do výpočtu započíta šírka pásu. Avšak pre mnoho aplikácií, ktoré sa nachádzajú medzi týmito extrémnymi prípadmi, systematické prechádzanie každým krokom zabráni bežnej chybe optimalizácie jedného faktora na úkor iného, ktorý v konečnom dôsledku určuje celkový výkon.

Dokumentácia je tu tiež dôležitá. Výrobcovi dielov, ktorý zaznamenáva zdôvodnenie za každé rozhodnutie týkajúce sa geometrie, nie len konečné rozmerové údaje, vytvára referenčný materiál, ktorý urýchľuje budúce projekty pri podobných materiáloch a usporiadaniach. Keď sa do dielne po šiestich mesiacoch objaví podobná aplikácia, dokumentované zdôvodnenie eliminuje potrebu znova odvádzať každý parameter z prvého princípu.

Prepojenie návrhového zámery s individuálnymi riešeniami pre tvary

Návrh vyrezu na obchádzanie neexistuje izolovane. Je to jeden prvok komplexnej šablóny, ktorá zahŕňa prípravky, zdvíhače, vodiace kolíky, vodiace lišty, nosné pásy a celkové systémy pre manipuláciu s páskou. Geometria vyrezu sa musí integrovať so všetkými týmito komponentmi. Dokonale rozmerovaný výrez, ktorý však koliduje s umiestnením vodiacich kolíkov, interferuje s geometriou lišt zdvíhačov alebo spôsobuje problémy pri vypudzovaní odpadu z dieša, neposkytuje žiadnu hodnotu bez ohľadu na to, ako presne jeho pomery zodpovedajú inžinierskym výpočtom.

Táto výzva integrácie je miestom, kde sa mnoho programov na náradie zastaví. Jednotlivé návrhové parametre dávajú zmysel izolovane, avšak ich spojenie do funkčného súboru tvárnic vyžaduje skúsenosti pri správe priestorových a časových vzťahov medzi jednotlivými komponentmi. Cesta zdvíhacích prvkov musí byť synchronizovaná s voľným priestorom pre výrez. Časovanie vstupu vodičov musí byť zarovnané s polohou pásu po podávaní riadenom výrezmi. Smer hrubého okraja (burr) vznikajúci pri operáciách výrezov nesmie ovplyvniť nasledujúce tváriace stanice. Cesty vypúšťania odpadkov (slug) z negatívnych výrezov musia voľne prechádzať cez paralelné plochy a otvory v päte tvárnice bez akéhokoľvek prekážania.

Spolupráca s skúsenými tímami pre návrh tvárnic zabezpečuje, že tieto integračné detaily dostanú pozornosť, ktorú si vyžadujú. Prispôsobené riešenia pre tvárnice YICHEN presne rieši túto kategóriu náročných konštrukčných úloh, pri ktorých musí optimalizácia vyrezov prekonať prekážku súčasne koordinovať so štruktúrou diely, integráciou zdvíhacích prvkov, správou voľných priestorov a riadením toku materiálu v celej zostave diely. Pre technikov nástrojov, ktorí sa dôkladne oboznámili s teóriou návrhu a sú pripravení previesť rozhodnutia týkajúce sa geometrie do výrobných nástrojov, je spolupráca s tímom, ktorý zabezpečuje kompletnú integráciu, účinným prostriedkom predchádzania opakovanému prerobovaniu, ktoré vyčerpáva rozpočet na skúšobné výroby.

Pracovný postup uzatvára cyklus. Rozmiestnenie pásu určuje typ vyrezu. Geometria vyrezu určuje rozmerovanie. Rozmerovanie určuje overenie. Overenie buď potvrdzuje návrh, alebo poskytuje korekcie, ktoré sa vrátia späť do geometrie. Počas celého výrobného procesu monitorovanie opotrebovania zabezpečuje, že overená geometria zostáva v rámci svojho výkonového rozsahu až do ďalšej plánovanej údržby, ktorá ju obnoví do špecifikovaného stavu.

Každá tvárniča na vyraďovanie vypráva príbeh prostredníctvom svojho pásu. Výrezy, či už kladné alebo záporné, sú kapitolami tohto príbehu. Určujú, ako sa materiál pohybuje, kde sa zastavuje a ako sa presne nastavuje. Ak sú správne navrhnuté, pás sa hladko podáva od prvého úderu až po posledný. Ak sú nesprávne, pás sa pri každej stanici bráni tvárničke. Rozdiel medzi týmito výsledkami nie je vecou šťastia. Je to inžinierska práca, systematicky aplikovaná od návrhového zámery až po overenie výroby.

Často kladené otázky o obchádzacích výrezoch v tvárničkach na vyraďovanie

1. Aký je rozdiel medzi kladnými a zápornými obchádzacími výrezmi v progresívnej tvárničke na vyraďovanie?

Kladná obchádzacia drážka ponecháva materiál na pásiku vo forme výčnelku podobného západke, ktorý sa počas podávania posúva cez zdvíhacie prvky a udržuje tuhosť pásika. Záporná obchádzacia drážka odstraňuje materiál z okraja pásika a vytvára prázdny priestor, ktorý poskytuje voľný priestor pre zdvíhacie prvky bez fyzického kontaktu. Výber medzi nimi závisí od toho, či má vaša aplikácia prednosť udržiavania tuhosti pásika (kladná) alebo voľného priestoru pre zdvíhacie prvky (záporná). Tenké materiály a úzke pásiky sa zvyčajne lepšie hodias pre kladné drážky, zatiaľ čo hrubší materiál a vysokorýchlostné operácie často lepšie fungujú s drážkami zápornými.

2. Ako určím správnu hĺbku a šírku drážky pre svoju rozloženie pásika?

Hĺbka a šírka zárezu sú navrhnuté predovšetkým na základe hrúbky materiálu, výšky zdvihu zdvíhaca, šírky pásu. Pri negatívnych zárezoch musí byť hĺbka väčšia ako zdvih zdvíhaca plus akákoľvek vertikálna oscilácia pásu počas podávania. Pri pozitívnych zárezoch musí byť hĺbka výstupku v rámci elastickej deformácie materiálu pod účinkom zaťaženia od zdvíhaca. Šírka zárezu zohľadňuje rozmery tela zdvíhaca plus laterálne kolísanie pásu. Prioritná postupnosť pri určovaní rozmerov začína hrúbkou materiálu, následne sa berie do úvahy šírka pásu, počet staníc, krok podávania a výška zdvíhaca.

3. Ktorý typ obchádzacieho zárezu je najvhodnejší pre tvárnenie nehrdzavej ocele?

Kladné zárezy sa všeobecne uprednostňujú pri dlhých výrobných sériách z austenitickej nehrdzavejúcej ocele. Dôvodom je tvrdenie materiálu na rezaných hranách. Pri vyraďovaní zárezov so záporným sklonom v nehrdzavejúcej oceli sa rezané hrany postupne tvrdia počas výroby, čo zvyšuje odpor pri podávaní materiálu počas životnosti nástroja. U nehrdzavejúcich ocelí môže dôjsť k nárastu pevnosti až o 50 percent v intenzívne deformovaných oblastiach. Kladné zárezy tento problém na okraji pásu eliminujú, avšak konstruktéri musia na spojoch výstupkov pridať dostatočne veľké polomerové zaoblenia, aby sa zabránilo únavovému praskaniu spôsobenému opakovanými kontaktovými zaťaženiami zdvíhacích prvkov.

4. Ako ovplyvňujú opotrobenie zárezov typu bypass vzory údržby nástroja?

Kladné a záporné drážky sa opotrebujú odlišne a vyžadujú rozdielne prístupy k monitorovaniu. Pri kladných drážkach sa nástroje postupne opotrebujú zaoblením hrán razidla, čo spôsobuje vznik oštiepkov na výstupkoch, ktoré postupne zvyšujú odpor pri podávaní. To umožňuje prediktívnu údržbu založenú na trendoch. Pri záporných drážkach sa nástroje opotrebujú zmenšovaním veľkosti vyrezu pri zaobľovaní hrán, čo nakoniec spôsobuje náhle zaseknutie pásu, keď sa medzera stane nedostatočnou. Opotrebovanie záporných drážok je ťažšie včas zistiť, preto sú vhodnejšie kalendárne grafiky brúsenia než samotné monitorovanie stavu.

5. Môžem použiť kladné aj záporné obchádzacie drážky v rovnakom progresívnom die?

Áno, skúsení inžinieri pre výrobu dielov niekedy kombinujú oba typy v rámci jedného rozmiestnenia pásu, ak rôzne stanice kladú rôzne požiadavky. Napríklad stanice s vysokými zdvíhačmi môžu využívať záporné vyrezávania na zabezpečenie dostatočného voľného priestoru, zatiaľ čo neskoršie stanice v úzkej nosnej časti používajú kladné vyrezávania, aby sa zachovala tuhosť. Kľúčové je zabezpečiť konzistentné správanie pri podávaní počas celého postupného procesu. Spolupráca so špecializovanými tímami pre návrh dielov, ako je napríklad YICHEN (yichen-group.com/stamping-die/), pomáha koordinovať rozmiestnenia s viacerými typmi vyrezávaní, pri ktorých musia fungovať ako jednotný systém integrácia medzi zdvíhačmi, vodičmi a geometriou vyrezávaní.