Ključna načela oblikovanja rezilnih in izvrtalnih orodij

POVZETEK

Oblikovanje rezkalnih in prebivalnih orodij je specializirana inženirska disciplina, ki se osredotoča na izdelavo trdnih orodij za tlačne stroje za natančno rezanje in žigosanje pločevine. Uspeh je odvisen od točnih izračunov rezalnih sil, strategije izbire materiala orodij ter naprednih metod oblikovanja. Glavni cilji so učinkovito upravljanje z napetostmi v materialu, zagotavljanje čistih rezov z minimalnimi grboti ter podaljšanje obratovalnega vijaka in natančnosti orodnega kompletu.

Osnove rezkanja in prebadanja

V svetu izdelave pločevine sta obrezovanje in probijanje osnovni rezalni operaciji, ki določata končno geometrijo dela. Čeprav ju pogosto uvrščamo med podobne postopke, imata različni funkciji. Obrezovanje je odstranjevanje presežnega materiala z zunanjega roba žigosanega dela, da se doseže njegov končni profil. Probijanje pa vključuje ustvarjanje notranjih elementov, kot so luknje ali žlebovi, s tem da se material izbije iz notranjosti oboda dela. Obe operaciji temeljita na strižnem delovanju, pri katerem se ekstremni napetosti koncentrirajo vzdolž rezalnih robov batka in kalibra, kar povzroči čisto lomljenje materiala.

Kakovost mehansko prerezanega roba je opisana s štirimi conami: zaobljen rob, poliranje, lom in grudica. Kot je podrobno opisano v navodilih od Navodila za AHSS , idealen rob pri jeklih z visoko trdnostjo ima izrazito obdelano površino in gladko lomno cono, kar je ključno za preprečevanje razpok pri nadaljnjih oblikovalnih operacijah. Razumevanje teh osnov je prvi korak k načrtovanju orodja, ki proizvaja dosledne komponente visoke kakovosti.

Za pojasnitev njihovih vlog je uporabno primerjati te operacije z drugimi pogostimi postopki rezanja. Izcikljanje je podobno prebadanju, vendar je material, ki se izcikla (t.i. cikel), želeni del, medtem ko je pri prebadanju cikel odpadek. Rezanje je bolj splošen izraz za rezanje pločevine v ravnih črtah med dvema nožema. Vsak postopek se izbere glede na želeni rezultat in njegovo mesto v proizvodnem zaporedju.

Osnovna načela oblikovanja orodij in ključni izračuni

Učinkovito oblikovanje orodij je proces, ki temelji na podatkih in inženirskih načelih. Preden se začne z modeliranjem, morajo konstruktorji opraviti ključne izračune, da zagotovijo, da bo orodje zdržalo obratovalne sile in zanesljivo delovalo v izbranem stiskalniku. Najosnovnejši izračun je izračun rezalne sile, ki določa potrebno zmogljivost stiskalnika. Formula je splošno izražena kot: Rezalna sila (F) = L × t × S , kjer je »L« skupna dolžina obsega reza, »t« debelina materiala in »S« strižna trdnost materiala.

Natančno določanje rezalne sile je bistveno za izbiro prese z ustreznim zmogljivostnim razponom, običajno z varnostnim pasom 20–30 %. Drug pomemben dejavnik je reža orodja – razmik med bati in odprtinom v orodju. Kot je navedeno v celovitem priročniku od Jeelix , je optimalna reža ponavadi 5–12 % debeline materiala na vsako stran. Premajhna reža poveča rezalno silo in obrabo orodja, prevelika reža pa lahko povzroči nastanek velikih žlebcev in slabe kakovosti roba. Pri naprednih visoko trdnih jeklih (AHSS) je pogosto treba te reže povečati, da se upravlja z višjimi napetostmi.

Izbira materiala za same komponente orodij je še ena osnovna načela. Kalupi in vstavki morajo imeti ravnotežje med trdoto za odpornost proti obrabi in žilavostjo, da se prepreči lomljenje ob udaru. Pogoste izbire vključujejo orodne jekla D2 in A2 za splošne aplikacije, medtem ko za visokovolumsko proizvodnjo ali delo z abrazivnimi materiali morda potrebujemo praškasta jekla ali karbid. Pri izbirnem postopku gre za kompromis med stroški in zmogljivostmi, cilj pa je podaljšati življenjsko dobo orodja in zmanjšati čase za vzdrževanje. Pri zapletenih aplikacijah, kot je na primer v avtomobilski industriji, je pridobitev strokovnega znanja ključnega pomena. Podjetja, kot so Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. se specializirajo za izdelavo kalibov za kovanje v avtomobilski industriji ter uporabljajo napredne simulacije in znanje materialov za dostavo robustnih in učinkovitih rešitev orodij.

Anatomija rezilnega in probivalnega kalupa

Kalup ni monolitni blok jekla, temveč natančna sestava medsebojno povezanih komponent, od katerih ima vsaka določeno funkcijo. Razumevanje te anatomske zgradbe je ključnega pomena za načrtovanje, izdelavo in vzdrževanje učinkovite orodne opreme. Celoten sestav je nameščen v ohišju kalupa, ki ga sestavljata zgornja in spodnja plošča (ali podlaga) kalupa, poravnani s vodilnimi čepi in bušingi. Ta osnovni sistem zagotavlja poravnavo na ravni mikronov med zgornjo in spodnjo polovico orodja med hitrim delovanjem, kar je pomembno za preprečevanje poškodb in ohranjanje doslednosti izdelkov.

Glavni delovni elementi so bodec in matrica (ali matricni gumb/vstavek). Bodec, pritrjen na zgornjo nosilno ploščo matrice, je moški del, ki izvaja rezanje. Matrica, pritrjena na spodnjo ploščo, je ženski del z odprtino, v katero vstopi bodec. Natančna geometrija in razmik med tema dvema deloma določata končno obliko prebitine ali obrezanega roba. Material, trdota in površinska obdelava teh delov sta ključna za življenjsko dobo orodja in kakovost izdelka.

Drugi pomemben sestavni del je izvlečnik. Ko bodec prereže material, zaradi elastične povratnosti pločevine ta ostane prilepljena na bodec. Funkcija izvlečnika je, da material prisilno odstrani z bodca ob dvigu stiskalke. Izvlečniki lahko so fiksni ali s pomočjo vzmeti, pri čemer slednji zagotavlja tlak za pritrditev materiala v ravno lego med rezanjem in s tem izboljša ravnost izdelka. Pri progresivnih orodjih so bistveni tudi vodiči. To so klini, ki zahajajo v prej izbušene luknje na traku, da zagotovijo natančno poravnavo na vsaki naslednji postaji.

Kontrolni seznam za vzdrževanje orodnih sestavnih delov:

• Bodci in matrice: Redno pregledujte rezne robove glede naokrogljenosti, olomljenosti ali prekomernega obraba. Po potrebi jih naostrite, da ohranite čisten rez in zmanjšate rezno silo.
• Vodilni pini in bušinge: Poskrbite, da so ustrezno maščeni, in preverite znake zaleganja ali obraba. Obrabljeni vodniki lahko povzročijo nepravilno poravnavo in katastrofalne trke orodja.
• Odstranjevalna plošča: Preverite, ali imajo vzmeti (če so uporabne) zadostni pritisk in niso poškodovane. Preverite obrabo stikalne površine.
• Obrabljalnik: Preglejte plošče orodij za morebitne razpoke ali poškodbe. Zagotovite, da so vse spojne plošče privite do pravilnega navora.
• Splošna čistost: Ohranite orodje brez odrezkov, ostružkov in drugih nečistoč, ki bi lahko povzročile napake na delih ali poškodbo orodja.

Napredne tehnike oblikovanja orodij in materiali

Izven osnovnih načel se napredno oblikovanje orodij osredotoča na optimizacijo zmogljivosti, obdelavo zahtevnih materialov ter podaljšanje življenjske dobe orodij za proizvodnjo velikih količin. Eden najpomembnejših napredkov je uporaba progresivnih orodij, ki izvajajo več operacij (npr. prebadanje, rezkanje, likanje) zaporedno na različnih postajah znotraj enega samega orodja. Kot pojasnjujejo strokovnjaki pri Eigen Engineering , za obvladovanje oblikovanja progresivnih orodij potrebujemo sofisticirano načrtovanje postopnega razporeda traku, da maksimalno izkoristimo material in zagotovimo stabilnost traku med napredovanjem skozi orodje.

Za doseganje izjemne ravnosti delov se uporabljajo tehnike, kot so fini izrezovanje in metoda rezanja in prenašanja. Fini izrezovanje je specializirani postopek, pri katerem se material trdno prijema s pomočjo visokotlačne podloge in v-obroča, kar povzroči popolnoma strižen, ravno rob delu z praktično ničelno cono loma. Podobno metoda rezanja in prenašanja, podrobneje opisana s strani Izdelovalec , vključuje delno izrezovanje dela skozi trak in njegovo ravno drženje s pritiskom podloge, preden se izvrže na kasnejši postaji. Ta nadzor nad materialom med rezanjem zmanjša notranje napetosti, ki povzročajo deformacije.

Oblikovanje naprednih jekel z visoko trdnostjo (AHSS) prinaša edinstvene izzive zaradi njihove visoke trdnosti in zmanjšane raztegljivosti. To zahteva večje odprtine v orodju, bolj trdne strukture orodij ter visokokakovostne orodne materiale, kot so prašna jekla ali karbidi, ki zdržijo ekstremne sile in abrazivno obrabo. Poleg tega lahko geometrijo noža spremenimo, da zmanjšamo vrhunski tonаж in udarni učinek. Uporaba strižnega ali poševnega reznega roba raztegne rezni proces na nekoliko daljšo dobo, kar znatno zmanjša potrebno silo in zmanjša nasilen učinek »preloma«, ki lahko poškoduje tako orodje kot tlačno napravo.

Napredni orodji nasproti enopostojnim orodjem

• Prednosti naprednih orodij: Zelo visoka hitrost proizvodnje, nižji stroški dela, visoka ponovljivost in združevanje več operacij v eno orodje.
• Slabosti naprednih orodij: Zelo visoki začetni stroški orodij, zapleten proces oblikovanja in izdelave ter manj fleksibilnosti za velike ali globoko vlečene dele.
• Prednosti enopostojnih orodij: Nižji stroški orodij, preprostejša konstrukcija in večja fleksibilnost pri majhnih serijah ali zelo velikih delih.
• Slabosti enomestnih kalibrov: Značilno počasnejša proizvodnja, višji stroški dela na kos in možnost neenakomernosti zaradi ponavljajočega se rokovanja in pozicioniranja.

Pogosta vprašanja

1. Kako se glasi pravilo oblikovanja kalibrov?

Čeprav ni enega samega »pravila«, sledi konstrukcija kalibrov nizu uveljavljenih načel. Sem spadajo izračun rezalnih sil na podlagi lastnosti materiala, določitev ustrezne reže med bati in kalibrom (običajno 5–12 % debeline materiala na stran), zagotavljanje strukturne togosti nastavka kalibra ter načrtovanje logične zaporedja operacij v postavitvi traku. Glavni cilj je ustvariti orodje, ki je varno, zanesljivo in dosledno proizvaja dele, ki izpolnjujejo specifikacije kakovosti.

2. Kaj je litje obrezovanja s kalibrom?

Obrabljalno orodje pri litju v kovino opravlja podobno funkcijo kot pri žigosanju pločevine, vendar deluje na drugačnem tipu dela. Po izdelavi dela z litjem v kovino (vbrizgavanje raztaljenega kovine v kalup) ostane presežni material, kot so vodila, prelivniki in lisice. Odrezovalni kalup je orodje, ki se uporablja v sekundarni tlačni operaciji za odstranitev tega nezaželenega materiala, kar pusti čist, dokončan odlitek.

3. Kako se glasi jekleno pravilo za rezkanje kalupov?

Rezkanje s jeklenim pravilom je drugačen postopek, ki se običajno uporablja za mehkejše materiale, kot so papir, lepenka, pena ali tanke plastične mase. Vključuje pritisk ostrga, tankega jeklene čez (»jekleno pravilo«), ki je upognjena v želeno obliko in vdelana v ravno podlago (pogosto vezan les), v material. Gre za cenovno učinkovito metodo za izrezovanje oblik v nepokovinskih ali zelo tankih pločevinastih aplikacijah.

4. Katere različne vrste rezkanja kalupov obstajajo?

Izrezovanje vključuje več metod, prilagojenih različnim materialom in količinam proizvodnje. Pri pločevini se to nanaša predvsem na žiganje, kot so probijanje, odstranjevanje in obrezovanje z uporabo trdih orodij (žigi in matrice). Drugi oblike vključujejo izrezovanje na ravni površini (za debelejše materiale), rotacijsko izrezovanje (za visokohitrostno proizvodnjo nalepk ali tesnil) ter digitalne metode izrezovanja, kot sta lasersko ali vodni curek, ki ne uporabljata fizičnega noža.