Hlavné princípy návrhu strihacích a preliecovacích foriem

ZKRATKA

Návrh diel na orezávanie a prebíjanie je špecializovaný inžiniersky odbor zameraný na vytváranie odolných lisovacích nástrojov na presné rezanie a vystrihovanie plechu. Úspech závisí od presných výpočtov rezných síl, stratégií pri výbere materiálu nástrojov a pokročilých techník návrhu. Hlavným cieľom je efektívne riadenie namáhania materiálu, zabezpečenie čistého rezu s minimálnym tvorením hrubín a maximalizácia životnosti a presnosti sadry diel.

Základy operácií orezávania a prebíjania

Vo svete spracovania plechov sú orezávanie a vysekávanie základné rezacie operácie, ktoré určujú finálnu geometriu súčiastky. Hoci sa často zaraďujú medzi podobné procesy, každý má odlišnú funkciu. Orezávanie je proces odstraňovania prebytočného materiálu z vonkajšieho okraja vystrihnutej súčiastky, aby sa dosiahla jej konečná kontúra. Vysekávanie naopak zahŕňa vytváranie vnútorných prvkov, ako sú otvory alebo drážky, pričom materiál je vyrazený zvnútra obrysu súčiastky. Obidva procesy sa opierajú o strihový účinok, pri ktorom je extrémne zaťaženie sústredené pozdĺž rezných hrán razníka a matrice, čo spôsobuje čisté zlomenie materiálu.

Kvalita mechanicky orezanej hrany je charakterizovaná štyrmi zónami: zaoblenie (rollover), lesk, trhlina a hrot. Ako je podrobne popísané v sprievodcoch od AHSS Guidelines , ideálny okraj pri vysokopevnostných oceľoch obsahuje výraznú zónu lesku a hladkú lomovú zónu, čo je kľúčové pre zabránenie vzniku trhlín pri následných tvárnicích operáciách. Porozumenie týmto základom je prvým krokom k navrhnutiu nástroja, ktorý bude vyrábať stále rovnaké komponenty vysokej kvality.

Na objasnenie ich úloh je užitočné porovnať tieto operácie s inými bežnými rezacími procesmi. Vystrihávanie je podobné prerážaniu, pričom materiál, ktorý je vyrazený (tzv. plombo), predstavuje požadovaný diel, kým pri prerážaní je plombo odpad. strihanie je všeobecný termín pre rezanie plechu po priamej čiare medzi dvoma nožmi. Každý proces sa vyberá na základe požadovaného výsledku a jeho umiestnenia v rámci výrobného postupu.

Základné princípy návrhu nástrojov a kľúčové výpočty

Účinný návrh nástroja je proces riadený dátami, ktorý je založený na inžinierskych princípoch. Predtým, ako začne akékoľvek modelovanie, musia konštruktéri vykonať kritické výpočty, aby sa zabezpečilo, že nástroj vydrží prevádzkové sily a bude spoľahlivo fungovať vo vybranej lise. Najzákladnejším výpočtom je výpočet rezného úsilia, ktorý určuje potrebný počet ton lisu. Vzorec je zvyčajne vyjadrený ako: Rezné úsilie (F) = L × t × S , kde 'L' je celková dĺžka obvodu rezu, 't' je hrúbka materiálu a 'S' je strihová pevnosť materiálu.

Presné určenie strihovej sily je nevyhnutné pre výber lisu s dostatočnou nosnosťou, zvyčajne s bezpečnostnou rezervou 20–30 %. Ďalším dôležitým faktorom je výstupná medzera matrice – priestor medzi dierovačom a otvorom matrice. Ako je uvedené v komplexnom sprievodcovi od Jeelix , optimálna medzera predstavuje zvyčajne 5–12 % hrúbky materiálu na každej strane. Nedostatočná medzera zvyšuje strihovú silu a opotrebenie nástroja, zatiaľ čo nadmerná medzera môže viesť k vzniku veľkých burín a kvalitne chudobného okraja. Pri pokročilých oceliach s vysokou pevnosťou (AHSS) sa tieto medzery často musia zväčšiť, aby bolo možné riadiť vyššie napätia.

Voľba materiálu pre samotné súčasti nástroja je ďalším základným princípm. Prieseky a vložky matríce musia mať vyvážený pomer tvrdosti na odolnosť proti opotrebeniu a húževnatosti, aby sa zabránilo lomeniu pri náraze. Bežné voľby zahŕňajú nástrojové ocele D2 a A2 pre bežné aplikácie, zatiaľ čo vysokotónážna výroba alebo práca s abrazívnymi materiálmi môže vyžadovať práškové kovové ocele alebo karbidy. Pri voľbe materiálu sa jedná o kompromis medzi cenou a výkonom, pričom cieľom je maximalizovať životnosť nástroja a minimalizovať výpadky na údržbu. Pre komplexné aplikácie, ako napríklad v automobilovom priemysle, je nevyhnutné vyhľadať odborné znalosti. Spoločnosti ako Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. sa špecializujú na výstupky pre automobilové plechy a využívajú pokročilé simulácie a znalosti materiálov na dodávanie robustných a efektívnych nástrojových riešení.

Anatómia strihacej a preliecovej sady matríce

Ponč nie je monolitický blok ocele, ale presná zostava navzájom prepojených komponentov, pričom každý má špecifickú funkciu. Porozumenie tejto anatómii je kľúčom k návrhu, výrobe a údržbe efektívneho nástroja. Celá zostava je uložená v súprave plochiesok, ktorá pozostáva z hornej a dolnej plochiesky (alebo platne) zarovnaných pomocou vodičiek a pouciak. Tento základný systém zabezpečuje zarovnanie na úrovni mikrometrov medzi hornou a dolnou polovicou nástroja počas prevádzky pri vysokých rýchlostiach, čo je nevyhnutné na predchádzanie poškodeniu a udržiavanie konzistentnosti dielov.

Hlavné pracovné komponenty sú punc a matrica (alebo matricové tlačidlo/vložka). Punc, ktorý je upevnený na hornej diezovej topánke, je mužským komponentom, ktorý vykonáva strihanie. Matrica, ktorá je upevnená na spodnej topánke, je ženským komponentom s otvorom, do ktorého vstupuje punc. Presná geometria a vôle medzi týmito dvoma časťami určujú konečný tvar prebitého otvoru alebo orezaného okraja. Ich materiál, tvrdosť a povrchová úprava sú rozhodujúce pre životnosť nástroja a kvalitu výrobku.

Ďalšou kľúčovou súčiastkou je vyháňač. Po tom, čo dierňovací nástroj prenikne materiálom, elastická deformácia plechu spôsobí, že sa materiál prichytáva na dierňovací nástroj. Funkciou vyháňača je vynútiť odstránenie materiálu z dierňovacieho nástroja pri zdvihu lisu. Vyháňače môžu byť pevné alebo pružinové, pričom posledne menované poskytujú tlak, ktorý drží materiál počas rezného procesu rovno, čím sa zlepšuje rovinnosť dielcov. U postupných nástrojov sú nevyhnutné aj vodiace kolíky. Ide o kolíky, ktoré zasahujú do už vytvorených otvorov v pásiku, aby zabezpečili presné zarovnanie na každej nasledujúcej stanici.

Zoznam na kontrolu údržby súčiastok nástrojov:

• Dierňovacie nástroje a diešty: Pravidelne skontrolujte rezné hrany na zaobľovanie, lupnutie alebo nadmerné opotrebenie. Za potreby ich naostrite, aby ste zachovali čistý rez a znížili rezaciu silu.
• Vodiaci kolíky a rukávy: Uistite sa, že sú riadne mazané, a skontrolujte prípadné známky zadrhávania alebo opotrebenia. Opotrebované vodidlá môžu spôsobiť nesprávne zarovnanie a katastrofálne poruchy nástroja.
• Oddeľovacia doska: Skontrolujte, či majú pružiny (ak sú použité) dostatočný tlak a nie sú poškodené. Skontrolujte opotrebenie na stykovom povrchu.
• Nástrojová sada: Skontrolujte patky matrice na prítomnosť trhlín alebo poškodenia. Uistite sa, že všetky spojovacie prvky sú dotiahnuté podľa správnej špecifikácie.
• Všeobecná čistota: Udržiavajte maticu voľnú od odpadkov, triesok a iného nečistôt, ktoré môžu spôsobiť chyby na súčiastkach alebo poškodenie nástroja.

Pokročilé techniky a materiály pri návrhu matríc

Okrem základných princípov sa pokročilý návrh matríc zameriava na optimalizáciu výkonu, spracovanie náročných materiálov a predlžovanie životnosti nástrojov pre vysokozdružné výrobné série. Jedným z najvýznamnejších pokrokov je použitie postupných matríc, ktoré vykonávajú viaceré operácie (napr. vŕtanie, strihanie, ohýbanie) postupne na rôznych stanicách v jednom nástroji. Ako vysvetľujú odborníci z Eigen Engineering , ovládanie návrhu postupných matríc si vyžaduje sofistikované plánovanie rozloženia pásu za účelom maximalizácie využitia materiálu a zabezpečenia stability pásu počas jeho posunu cez maticu.

Na dosiahnutie výnimočnej rovinnosti súčiastok sa používajú techniky ako finisovacie strihanie alebo strihanie s prenosom. Finisovacie strihanie je špecializovaný proces, ktorý využíva vysokotlakú podložku a v-krúžok na pevné prievliekanie materiálu, čo vedie k plne strihanej, rovnej hrane súčiastky takmer bez trhlinových zón. Podobne metóda strihanie s prenosom, podrobne opísaná Výrobca , zahŕňa čiastočné vyraženie súčiastky cez pásu a udržanie jej rovinatosti pomocou prítlačnej podložky, než je neskôr na inej stanici vymrštená. Táto kontrola nad materiálom počas rezu minimalizuje vnútorné napätia, ktoré spôsobujú deformácie.

Návrh pre pokročilé ocele vysoké pevnosti (AHSS) prináša jedinečné výzvy v dôsledku ich vysoké pevnosti a zníženej tažnosti. To si vyžaduje väčšie výstupky matríce, pevnejšiu konštrukciu nástrojov a kvalitnejšie materiály nástrojov, ako sú prášková metalurgia alebo karbid, ktoré odolávajú extrémnym silám a abrazívnemu opotrebovaniu. Navyše, geometriu puncov môžeme upraviť, aby sme znížili maximálnu tonáž a ráz. Použitie puncu so strihanou alebo kosenou plochou rozloží rezaciu akciu na mierne dlhšiu dobu, čo výrazne zníži potrebnú silu a zníži násilný efekt „pretrhnutia“, ktorý môže poškodiť aj matricu, aj lis.

Postupné matrice oproti jednostaničným maticiam

• Výhody postupných matric: Extrémne vysoká rýchlosť výroby, nižšie náklady na prácu, vysoká opakovateľnosť a zoskupenie viacerých operácií do jedného nástroja.
• Nevýhody postupných matric: Veľmi vysoké počiatočné náklady na nástroje, zložitý návrh a výrobný proces a menšia flexibilita pri veľkých alebo hlboko tvarovaných dieloch.
• Výhody jednostaničných matric: Nižšie náklady na tvárnicu, jednoduchší dizajn a väčšia flexibilita pri malých sériách alebo veľmi veľkých dieloch.
• Nevýhody jednostaničných matrík: Výrazne nižšia rýchlosť výroby, vyššie pracovné náklady na kus a možnosť nekonzistencií kvôli opakovanému manipulovaniu a nastavovaniu.

Často kladené otázky

1. Aké je pravidlo návrhu formy?

Hoci neexistuje jedno jediné „pravidlo“, návrh matrík sa riadi súborom uznávaných princípov. Medzi ne patrí výpočet strihacích síl na základe vlastností materiálu, určenie správneho priestoru medzi puncem a matricou (zvyčajne 5–12 % hrúbky materiálu na stranu), zabezpečenie štrukturálnej tuhosti súpravy matrice a plánovanie logického sledu operácií v rozložení pásu. Hlavným cieľom je vytvoriť nástroj, ktorý je bezpečný, spoľahlivý a vyrába diely, ktoré trvalo spĺňajú požadované kvalitatívne špecifikácie.

2. Čo je trimovanie odliatkov matricou?

Trimovací nástroj pri tlakovom liatí plní podobnú funkciu ako u tvárnenia plechu, ale pracuje s iným typom súčiastky. Po vytvorení súčiastky procesom tlakového liatia (vstrekovaním roztaveného kovu do formy) zostáva nadbytočný materiál, ako napríklad prívodník, prebytky a lisovanie. Trimovacia forma je nástroj používaný v sekundárnej lisovej operácii na odstránenie tohto nežiaduceho materiálu strihaním, čím vznikne čistá, hotová odlievaná súčiastka.

3. Aké je oceľové pravidlo pre rezanie foriem?

Rezanie oceľovým pravidlom je iný proces, ktorý sa zvyčajne používa na mäkšie materiály, ako je papier, lepenka, pena alebo tenké plasty. Zahŕňa stlačenie ostrého, tenkého oceľového noža („oceľové pravidlo“), ktorý bol ohnutý do požadovaného tvaru a zapustený do plochého podkladu (často preglejky), do materiálu. Je to nákladovo efektívna metóda na rezanie tvarov v nekovových aplikáciách alebo veľmi tenkom plechu.

4. Aké sú rôzne typy rezania foriem?

Parezanie zahŕňa niekoľko metód prispôsobených rôznym materiálom a objemom výroby. Pri plechoch sa tým väčšinou myslia kovové tvarovacie operácie, ako prerušovanie, vystrihovanie a orezávanie pomocou tvrdých nástrojov (dusák a matrica). Medzi ďalšie formy patrí parezanie na plochej podložke (pre hrubšie materiály), rotačné parezanie (pre vysokorýchlostnú výrobu nálepiek alebo tesnení) a digitálne spôsoby rezu, ako je laserové alebo vodným lúčom rezanie, pri ktorých sa fyzická strihacia forma nepoužíva.