Ključna načela dizajna reznih i probijajućih kalupa

KRATKO

Dizajn matrica za rezanje i probijanje je specijalizovana inženjerska disciplina koja se fokusira na izradu otpornih alata za presu, kako bi se precizno sečenje i bušenje lima. Uspeh zavisi od tačnih proračuna sila rezanja, strategijskog izbora materijala alata i naprednih tehnika dizajna. Glavni ciljevi su efikasno upravljanje naponom materijala, osiguravanje čistih rezova sa minimalnim žbukama i maksimalno produženje veka trajanja i tačnosti kompleta matrice.

Osnove operacija rezanja i probijanja

У свету обраде лима, исецање и пробијање су основне операције резања које одређују коначну геометрију делова. Иако се често групишу са сличним процесима, ови имају различите функције. Исецање је процес уклањања вишковитог материјала са спољашње ивице штампаног дела како би се постигао коначни профил. Са друге стране, пробијање подразумева прављење унутрашњих карактеристика попут рупа или прореза тако што се материјал избаци из унутрашњости периметра дела. Обе операције засноване су на дејству смицања, при коме се екстремни напон концентрише дуж ивица резања избода и матрице, чиме се материјал чисто прекида.

Квалитет механички исечене ивице карактеришу четири зоне: заобљење, полирање, прекид и жилавост. Како је детаљно описано у упутствима од Упутства за АХСС , идеална ивица за челике високе чврстоће има изражену полирану зону и глатку зону лома, што је кључно за спречавање пукотина у наредним операцијама обликовања. Разумевање ових основа први је корак ка дизајнирању алата који производи постојане компоненте високог квалитета.

Како би се појасниле њихове улоге, корисно је упоредити ове операције са другим уобичајеним процесима резања. Исијецанје слично је пробијању, али материјал који се исече (чеп) је жељени део, док је код пробијања чеп отпад. Резање је општији термин за резање лима праволинијски између два ножа. Сваки процес се бира на основу жељеног резултата и његовог места у низу производње.

Основни принципи пројектовања матрица и кључни прорачуни

Ефикасно пројектовање матрица је процес заснован на подацима и инжењерским принципима. Пре него што започне моделирање, пројектанти морају извршити кључне прорачуне како би осигурали да алат може да издржи радне силе и поуздано функционише у оквиру одабране пресе. Најосновнији прорачун је прорачун силе резања, који одређује потребну снагу пресе. Сила резања (F) = L × t × S , где „L“ представља укупну дужину периметра реза, „t“ дебљину материјала, а „S“ чврстоћу материјала на смицање.

Тачно одређивање силе реза је од суштинског значаја за избор пресе са довољном тонажом, обично са маржом сигурности од 20–30%. Још један кључни фактор је размак матрице — распоред између бочице и отвора матрице. Како је наведено у исцрпном водичу од стране Jeelix , оптималан размак износи обично 5–12% дебљине материјала по страни. Недовољан размак повећава силу реза и хабање алата, док прекомеран размак може довести до великих жилавих ивичних грешака и лоше квалитетне ивице. За напредне челике високе чврстоће (AHSS), ови размаци често морају бити повећани како би се управљало већим напонима који су укључени.

Избор материјала за саме компоненте матрице је још један основни принцип. Нагази и уметци матрица морају имати баланс тврдоће ради отпорности на хабање и жилавости да би се спречило оштећење услед удара. Уобичајени избор су алатни челици D2 и A2 за опште примене, док производња великих серија или рад са абразивним материјалима може захтевати челике из прахова или карбиде. Процес избора подразумева компромис између цене и перформанси, с циљем максимизирања векa трајања матрице и минимизације простоја услед одржавања. За комплексне примене, као што је аутомобилска индустрија, кључно је затражити стручност. Компаније попут Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. специјализоване су за аутомобилске матрице за клизање, користећи напредне симулације и знање о материјалима како би доставиле поуздана и ефикасна решења за алатање.

Анатомија комплета матрице за резање и пробијање

Калибр није монолитни блок челика, већ прецизна склопа међусобно повезаних компоненти, од којих свака има одређену функцију. Разумевање ове структуре је кључно за пројектовање, израду и одржавање ефикасних алата. Комплетна склопа смештена је у оквир калупа, који се састоји од горњег и доњег сандуча (или плоче) поравнатих помоћу водиља и бушеньа. Ова основна система обезбеђује поравнање на нивоу микрона између горње и доње половине алата током рада на великим брзинама, што је критично како би се спречила оштећења и осигурала конзистентност делова.

Основни радни делови су матрица и доња плоча матрице (или уметак матрице). Матрица, причвршћена за горњу плочу матрице, је мушки део који врши сецкање. Доња плоча матрице, причвршћена за доњу плочу, је женски део са отвором у који улази матрица. Прецизна геометрија и размак између ова два дела одређују коначан облик пробушеног отвора или исечене ивице. Материјал, тврдоћа и квалитет површине ових делова одлучујући су за век трајања алата и квалитет производа.

Још један кључни део је истуривач. Након што нож изреже материјал, еластична отпорност лима узрокује да се материјал прилипи за нож. Функција истуривача је да принудно одвоји материјал од ножа током померања пресе нагоре. Истуривачи могу бити фиксни или опругани, при чему последњи обезбеђују притисак како би држали материјал равним током операције резања, чиме се побољшава равност делова. За прогресивне матрице, неопходни су и водиље. То су шипке које улазе у претходно пробушене отворе у траци ради осигуравања прецизног поравнања на свакој наредној станици.

Листа за одржавање делова матрица:

• Ножеви и матрични уметци: Редовно проверавајте ивице за резање да ли су заобљене, оштећене или прекомерно изношене. Обновите их по потреби како бисте очували чисто резање и смањили силу резања.
• Водилице и бушеви: Осигурајте да су правилно подмазани и проверите знакове залепљивања или хабања. Изношени водиљи могу довести до неусаглашености и катастрофалних кварова матрица.
• Избацивачка плоча: Проверите да ли имају довољан притисак опруге (ако су примењиве) и да нису прекинуте. Проверите да ли постоји хабање на контактној површини.
• Комплет матрица: Инспекција потпетица матрице на присуство пукотина или оштећења. Осигурајте да су сви везови затегнути до исправне спецификације.
• Општа чистоћа: Држите матрицу слободну од сенкица, струготина и других отпадака који могу узроковати недостатке делова или оштећење алата.

Напредне технике дизајна матрица и материјали

Идући даље од основних принципа, напредни дизајн матрица фокусира се на оптимизацију перформанси, руковање тешким материјалима и продужење века трајања алата за производњу великих серија. Један од најзначајнијих напретака је употреба прогресивних матрица, које обављају више операција (нпр. пробијање, исецање, савијање) редом на различитим станицама у оквиру једног истог алата. Како објашњавају стручњаци из Eigen Engineering , овладавање дизајном прогресивних матрица подразумева софистикирано планирање распореда траке ради максималне искоришћености материјала и осигуравања стабилности траке док се креће кроз матрицу.

За постизање изузетне равнине делова, користе се технике као што су прецизно клизање и резање-и-премоштавање. Прецизно клизање је специјализовани процес који користи пад високог притиска и V-прстен за чврсто причвршћивање материјала, чиме се добија потпуно исечена, правоугла компонента са практично никаквом зоном фрактуре. Слично томе, метод резања-и-премоштавања, детаљно описан од стране Произвођач , подразумева деловно клизање дела кроз траку и одржавање његове равнине помоћу пада под притиском, пре него што буде испупшен на каснијој станици. Ова контрола над материјалом током резања минимизира унутрашње напоне који изазивају деформације.

Пројектовање за напредне челике високе чврстоће (AHSS) носи јединствене изазове због њихове високе чврстоће и смањене дуктилности. То захтева веће размаке матрица, чвршће структуре алата и премијум материјале за алате као што су челици из праха или карбиди, како би издржали екстремне силе и абразивно хабање. Додатно, геометрија матрице се може изменити да би се смањила максимална тонажа и удар. Коришћење исечених или косих лица матрице распоређује резну акцију на мало дужи временски период, што значајно смањује потребну силу и умањује насилни ефекат "прескачућег продирања" који може оштетити како матрицу, тако и пресу.

Прогресивне матрице у односу на матрице са једном станицом

• Предности прогресивних матрица: Екстремно висока брзина производње, смањени трошкови радне снаге, висока поновљивост и комбиновање више операција у један алат.
• Недостаци прогресивних матрица: Веома високи почетни трошкови алата, комплексан процес пројектовања и израде и мања флексибилност за велике или дубоко извучене делове.
• Предности матрица са једном станицом: Niži troškovi alata, jednostavniji dizajn i veća fleksibilnost za serije male količine ili veoma velike delove.
• Mane više-stalnih matrica: Značajno sporija brzina proizvodnje, veći troškovi rada po komadu i mogućnost neujednačenosti usled ponovljenog ručnog rukovanja i pozicioniranja.

Često postavljana pitanja

1. Које су правила конструисања матрице?

Iako ne postoji jedino pravilo, dizajn matrica prati niz utvrđenih principa. Oni uključuju izračunavanje sila rezanja na osnovu svojstava materijala, određivanje odgovarajućeg zazora između žiga i matrice (obično 5–12% debljine materijala po strani), obezbeđivanje strukturne krutosti sklopa matrice i planiranje logičkog redosleda operacija u rasporedu trake. Glavni cilj je stvaranje alata koji je siguran, pouzdan i proizvodi delove koji uvek zadovoljavaju specifikacije kvaliteta.

2. Šta je livenje pod pritiskom sa alatom za obradu ivica?

Алат за обрезивање у ливењу под притиском има сличну сврху као и код штампања лимова, али ради са другачијом врстом делова. Након што се део направи ливањем под притиском (унесући течни метал у калуп), остаје му вишак материјала као што су канали за тока, прекови и флаш. Обрезни калуп је алат који се користи у секундарној преси за исецање овог непожељног материјала, остављајући чист, готови ливени део.

3. Које су челичне норме за резање калупима?

Резање калупима са челичним ножем је другачији процес који се обично користи за мекше материјале као што су папир, картон, пена или танак пластик. Подразумева увлачење оштре, танке челичне ивице („челични нож“), која је савијена у жељени облик и уграђена у равну основу (често од шпер панела), у материјал. Ово је економичан метод за исецање облика у неметалним или веома танким лимовима.

4. Које су различите врсте резања калупима?

Die cekanje obuhvata nekoliko metoda prilagođenih različitim materijalima i zapreminama proizvodnje. Kod limova, ovo se uglavnom odnosi na operacije kaljenja poput probijanja, izbacivanja i rezanja pomoću čvrstog alata (skupovi čekića i kalupa). Druge forme uključuju ravni die cekanje (za deblje materijale), rotacioni die cekanje (za visokobrzinsku proizvodnju nalepnica ili zaptivki) i digitalne metode rezanja poput laserskog ili vodenog mlaza, koji ne koriste fizički kalup.