ชิ้นส่วนชุดแม่พิมพ์คีย์สำหรับการผลิตที่มีความแม่นยำ

สรุปสั้นๆ

ชุดแม่พิมพ์ (Die set) เป็นโครงสร้างพื้นฐานของแม่พิมพ์ตัดแตะโลหะ ซึ่งประกอบด้วยแผ่นด้านบนและด้านล่างที่เรียกว่า รองเท้าแม่พิมพ์ (die shoes) แผ่นเหล่านี้ทำหน้าที่ยึดและจัดแนวส่วนประกอบการทำงานอื่นๆ ทั้งหมดอย่างแม่นยำสูงสุด ส่วนประกอบที่สำคัญที่สุด ได้แก่ หมุดนำทางและปลอกนำทางที่ทำหน้าที่รับประกันการจัดแนวที่ถูกต้อง และส่วนทำงาน เช่น พันซ์ (punches) และปุ่มตาย (die buttons) ที่ทำหน้าที่ตัดและขึ้นรูปวัสดุจริง

รากฐาน: ชุดแม่พิมพ์ รองเท้าแม่พิมพ์ และแผ่น

แม่พิมพ์ตัดแตะทุกชิ้น ไม่ว่าจะมีความซับซ้อนเพียงใด ล้วนสร้างขึ้นบนรากฐานที่มั่นคง ฐานนี้ประกอบด้วยชุดแม่พิมพ์ ซึ่งรวมถึงรองเท้าแม่พิมพ์ด้านบนและด้านล่างพร้อมแผ่นต่างๆ ชิ้นส่วนเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นโครงกระดูกแข็งแรงที่ใช้ยึดส่วนประกอบทำงานอื่นๆ ทั้งหมด หน้าที่หลักของมันคือการรักษาระยะและความสัมพันธ์ที่แม่นยำระหว่างครึ่งบนและครึ่งล่างของเครื่องมือตลอดรอบการตัดแตะที่ใช้แรงกดสูง หากปราศจากรากฐานที่มั่นคงนี้ จะไม่สามารถบรรลุความถูกต้องและความสม่ำเสมอของชิ้นงานได้

แม่พิมพ์ตัดมักถูกกลึงจากแผ่นเหล็กหรือแผ่นอลูมิเนียมขนาดใหญ่ ตามบทความหนึ่งใน ผู้สร้าง แม้ว่าเหล็กจะเป็นวัสดุที่นิยมใช้ แต่อลูมิเนียมก็เป็นตัวเลือกยอดนิยมเช่นกัน เนื่องจากมีน้ำหนักเบา สามารถกลึงได้อย่างรวดเร็ว และมีคุณสมบัติในการดูดซับแรงกระแทกได้ดีเยี่ยม ทำให้เหมาะสำหรับการใช้ในแม่พิมพ์ตัด แผ่นแม่พิมพ์จะต้องถูกกลึง—ไม่ว่าจะด้วยการไสหรือเจียร—เพื่อให้เรียบและขนานกันอย่างสมบูรณ์ภายในค่าความคลาดเคลื่อนที่แคบมาก แม่พิมพ์ด้านล่างมักมีช่องเปิดเพื่อให้เศษโลหะและของเสียสามารถตกลงไปยังเตียงเครื่องอัดได้ ซึ่งช่วยให้บริเวณทำงานสะอาดและปลอดโปร่ง

ความหนาและวัสดุของชุดแม่พิมพ์ถูกกำหนดโดยแรงที่ชุดแม่พิมพ์ต้องทนทาน เช่น แม่พิมพ์ชนิดคอยน์ (coining die) ที่บีบอัดโลหะภายใต้แรงดันสูงมาก จะต้องใช้ชุดแม่พิมพ์ที่หนาและแข็งแรงกว่าแม่พิมพ์ดัดธรรมดา คุณภาพโดยรวมของชุดแม่พิมพ์มีผลโดยตรงต่ออายุการใช้งานของเครื่องมือ ความแม่นยำของชิ้นส่วนที่ผลิตได้ และความต้องการในการบำรุงรักษาในระยะยาว การสร้างชุดแม่พิมพ์ที่ดีเป็นขั้นตอนแรกที่สำคัญในการรับประกันความสำเร็จของการทำงานตัดแตะ

ระบบจัดตำแหน่งแบบแม่นยำ: แกนนำทาง ปลอกนำทาง และบล็อกยึดด้านข้าง

แม้ว่าชุดแม่พิมพ์จะทำหน้าที่เป็นพื้นฐาน แต่ระบบจัดแนวความแม่นยำจะทำให้แม่พิมพ์ด้านบนและด้านล่างทำงานอย่างสอดคล้องกันอย่างสมบูรณ์ องค์ประกอบหลักของระบบนี้คือหมุดนำทางและปลั๊กนำทาง หมุดนำทาง หรือที่เรียกว่าเสาแนว คือเพลาที่ผ่านการอบแข็งและขัดแต่งอย่างแม่นยำ ซึ่งติดตั้งอยู่กับแม่พิมพ์ด้านหนึ่ง และเลื่อนเข้าไปในปลั๊กนำทางที่ตรงกันบนแม่พิมพ์อีกด้าน กลไกนี้รับประกันว่าชิ้นส่วนการทำงานจะมาบรรจบกันอย่างแม่นยำตามที่ออกแบบไว้ในทุกครั้งที่เครื่องอัดทำงาน ซึ่งถือเป็นสิ่งสำคัญในการรักษาระยะที่แน่นหนาและป้องกันความเสียหายต่อเครื่องมือ

มีสองประเภทหลักของสลักนำทางและปลอกนำทาง ได้แก่ แบบแรงเสียดทานและแบบลูกปืน สลักแบบแรงเสียดทานเป็นสลักเหล็กกล้าแข็งที่เลื่อนเข้าไปในปลอก ซึ่งมักจะบุด้วยวัสดุทนต่อการสึกหรอ เช่น อลูมิเนียม-บรอนซ์ ที่อาจมีแท่งกราไฟต์เพื่อช่วยหล่อลื่นตัวเอง ในทางกลับกัน สลักแบบลูกปืนจะทำงานโดยใช้ชุดลูกปืนที่อยู่ภายในกรงลูกปืน ทำให้ลดแรงเสียดทานลงอย่างมาก ส่งผลให้สามารถทำงานที่ความเร็วสูงขึ้นโดยไม่เกิดความร้อนส่วนเกิน และยังช่วยให้แยกครึ่งแม่พิมพ์ออกจากกันได้ง่ายขึ้นเพื่อการบำรุงรักษา

ในกระบวนการที่สร้างแรงดันข้างมาก การใช้เพียงหมุดนำทางอาจไม่เพียงพอที่จะป้องกันการเบี่ยงเบน นี่คือจุดที่บล็อกส้นและแผ่นส้นมีบทบาท บล็อกส้นเป็นก้อนเหล็กที่แข็งแรง ติดตั้งบนรองเท้าแม่พิมพ์ทั้งสองด้าน เพื่อเข้าล็อกและรับแรงด้านข้าง โดยทั่วไปจะใช้โลหะต่างชนิดกันสำหรับแผ่นสึกหรอ เช่น เหล็กกับอลูมิเนียมบรอนซ์ เพื่อป้องกันการสึกติดกัน ด้วยการรับแรงด้านข้าง บล็อกส้นจะช่วยปกป้องหมุดนำทางจากการงอ และรักษาการจัดแนวของชิ้นส่วนตัดและขึ้นรูปสำคัญให้อยู่ในตำแหน่งที่สมบูรณ์แบบ

องค์ประกอบส่วนทำงาน: ด้ามตอก, บัตเตอร์น และแผ่นดัน

องค์ประกอบที่ทำหน้าที่ตัดและขึ้นรูปโลหะแผ่นจริงๆ ได้แก่ ด้ามตอก บล็อกตาย (หรือบัตเตอร์น) และแผ่นดัน ด้ามตอกเป็นชิ้นส่วนฝั่งผู้ชาย โดยทั่วไปทำจากเหล็กเครื่องมือทนความแข็งสูงหรือคาร์ไบด์ ซึ่งถูกขับเคลื่อนให้เคลื่อนลงมาเพื่อดำเนินการต่างๆ บัตเตอร์นหรือเมทริกซ์ตายเป็นชิ้นส่วนฝั่งผู้หญิง ตั้งอยู่ในรองเท้าตายด้านล่าง รูปร่างและการเว้นระยะห่างระหว่างด้ามตอกกับบัตเตอร์นจะเป็นตัวกำหนดลักษณะสุดท้ายของชิ้นงานที่ขึ้นรูป เช่น ขนาดของรู หรือมุมของการดัด

หลังจากที่ดายเจาะหรือขึ้นรูปวัสดุแล้ว วัสดุมีแนวโน้มที่จะติดอยู่กับดายในช่วงการเคลื่อนกลับ หน้าที่ของสตริปเปอร์คือการป้องกันปัญหานี้ สตริปเปอร์คือแผ่นที่มีแรงกดซึ่งล้อมรอบดาย เมื่อแรมเครื่องกดเคลื่อนขึ้น สตริปเปอร์จะยึดวัสดุไว้กับได้ล่าง เพื่อให้ดายสามารถถอยออกมาได้อย่างสะอาด การทำงานนี้มีความสำคัญต่อการป้องกันการบิดเบี้ยวของชิ้นงาน และทำให้สามารถดำเนินการที่ความเร็วสูงได้ สตริปเปอร์สามารถเป็นแบบคงที่หรือแบบใช้สปริง โดยแบบที่ใช้สปริงจะให้แรงกดที่ควบคุมได้ดีกว่า

การออกแบบและการเลือกวัสดุสำหรับชิ้นส่วนทำงานเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่ออายุการใช้งานของแม่พิมพ์และคุณภาพของชิ้นงาน ตามที่อธิบายโดย Dynamic Die Supply , แผ่นตัดและบล็อกแม่พิมพ์จะต้องผลิตจากวัสดุที่มีความแข็งแรงเพียงพอที่จะทนต่อแรงกระแทกซ้ำๆ และการสึกหรอได้ การทำงานร่วมกันของชิ้นส่วนเหล่านี้ พร้อมด้วยแผ่นกดที่ยึดชิ้นงานให้อยู่กับที่ จะเป็นตัวกำหนดความสำเร็จของกระบวนการขึ้นรูปด้วยแรงกด การจัดตำแหน่งที่ถูกต้อง ขอบตัดที่คม และการปลดชิ้นงานออกได้อย่างมีประสิทธิภาพ ล้วนเป็นสิ่งจำเป็นในการผลิตชิ้นส่วนที่มีคุณภาพสม่ำเสมอและมีประสิทธิภาพ

ความแตกต่างขององค์ประกอบในแม่พิมพ์แบบโปรเกรสซีฟเทียบกับแม่พิมพ์ขึ้นรูปทั่วไป

แม้ว่าแม่พิมพ์ทุกชนิดจะมีองค์ประกอบพื้นฐานที่เหมือนกัน แต่รูปแบบและการจัดวางของแต่ละชิ้นจะแตกต่างกันอย่างมากตามประเภทของแม่พิมพ์ โดยแม่พิมพ์สองประเภทที่พบมากที่สุดคือ แม่พิมพ์ขึ้นรูปแบบเดี่ยว (single-stage stamping dies) และแม่พิมพ์แบบโปรเกรสซีฟ (progressive dies) แม่พิมพ์แบบเดี่ยวจะทำการประมวลผลเพียงหนึ่งขั้นตอนต่อการเคลื่อนไหวหนึ่งครั้งของเครื่อง เช่น การตัดชิ้นงานออก หรือการดัดขอบ พื้นผิว องค์ประกอบของแม่พิมพ์ประเภทนี้ค่อนข้างเรียบง่าย เน้นไปที่การทำงานเพียงหนึ่งอย่างเท่านั้น ซึ่งมักใช้ในการผลิตปริมาณน้อย หรือสำหรับชิ้นส่วนที่มีรูปร่างไม่ซับซ้อน

ในทางตรงกันข้าม เครื่องตัดแบบโปรเกรสซีฟคือเครื่องมือที่ซับซ้อนมากกว่า ซึ่งทำปฏิบัติการหลายอย่างพร้อมกันที่สถานีต่าง ๆ โดยจะมีการป้อนแถบวัสดุผ่านแม่พิมพ์ และที่แต่ละสถานีจะเกิดกระบวนการตัดหรือขึ้นรูปที่แตกต่างกันไป ส่งผลให้สามารถผลิตชิ้นส่วนที่สมบูรณ์และซับซ้อนได้หนึ่งชิ้นต่อการเดินเครื่องกดเพียงหนึ่งครั้ง ดังนั้น เครื่องตัดแบบโปรเกรสซีฟจึงประกอบด้วยชุดของดาย พุนช์ และเครื่องมือขึ้นรูปจำนวนมาก ซึ่งทั้งหมดนี้ถูกติดตั้งอยู่ภายในชุดแม่พิมพ์ขนาดใหญ่ชุดเดียว นอกจากนี้ยังมีส่วนประกอบเพิ่มเติม เช่น พินนำตำแหน่ง (pilot pins) เพื่อกำหนดตำแหน่งแถบวัสดุอย่างแม่นยำที่แต่ละสถานี และตัวยกวัสดุ (stock lifters) เพื่อเคลื่อนวัสดุไปข้างหน้าอย่างราบรื่น

การออกแบบและการสร้างเครื่องมือซับซ้อนเหล่านี้ต้องอาศัยความเชี่ยวชาญอย่างมาก สำหรับอุตสาหกรรมที่ต้องการชิ้นส่วนที่มีปริมาณสูงและมีความละเอียดซับซ้อน ผู้ผลิต custom automotive stamping dies และส่วนประกอบที่คล้ายกันมักใช้การจำลองขั้นสูงและการจัดการโครงการเพื่อผลิตแม่พิมพ์แบบโปรเกรสซีฟที่รับประกันประสิทธิภาพและความแม่นยำ การเลือกระหว่างแม่พิมพ์แบบสเตจเดียวและแม่พิมพ์แบบโปรเกรสซีฟขึ้นอยู่กับปริมาณการผลิต ความซับซ้อนของชิ้นส่วน และงบประมาณ เนื่องจากต้นทุนเริ่มต้นของแม่พิมพ์แบบโปรเกรสซีฟสูงกว่ามาก แต่ต้นทุนต่อชิ้นจะต่ำกว่าอย่างมากในการผลิตจำนวนมาก

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับส่วนประกอบชุดแม่พิมพ์

1. ส่วนต่างๆ ของแม่พิมพ์เรียกว่าอะไร

ส่วนหลักของแม่พิมพ์ขึ้นรูปโลหะ ได้แก่ ชุดแม่พิมพ์ (รองเท้าแม่พิมพ์ด้านบนและด้านล่าง) ซึ่งทำหน้าที่เป็นโครงสร้างหลัก ส่วนประกอบการทำงานสำคัญ ได้แก่ หมุดนำทางและปลั๊กนำทางสำหรับการจัดแนว ด้ามตอกและเม็ดแม่พิมพ์ (หรือบล็อก) สำหรับการตัดและการขึ้นรูป แผ่นดันวัสดุออกเพื่อถอดชิ้นงานออกจากด้ามตอก และสปริงต่างๆ เพื่อให้แรงที่จำเป็น

2. ส่วนประกอบของกระบวนการฉีดขึ้นรูปโลหะคืออะไร

การหล่อตายเป็นกระบวนการผลิตที่แตกต่างจากการขึ้นรูปด้วยแรงกด และใช้ส่วนประกอบที่ต่างกัน เครื่องหล่อตายใช้แม่พิมพ์ หรือเรียกว่า die ซึ่งโดยทั่วไปจะประกอบด้วยสองส่วนคือ ส่วน die คงที่ (cover die) และส่วน die ที่เคลื่อนย้ายได้ (ejector die) ภายในมีระบบแกนดันเพื่อดันชิ้นงานที่แข็งตัวแล้วออก มีโพรงที่กำหนดรูปร่างของชิ้นงาน รวมถึงทางนำหรือช่องเติมที่ทำให้โลหะเหลวไหลเข้าสู่โพรง ส่วนผสมโลหะที่ใช้ก็แตกต่างกัน โดยทั่วไปคือ สังกะสี อลูมิเนียม หรือแมกนีเซียม

3. รายละเอียดการประกอบชุดแม่พิมพ์ (die set) เป็นอย่างไร

การประกอบชุดแม่พิมพ์ (die set) จะเน้นที่แผ่นสองแผ่นที่ถูกกลึงด้วยความแม่นยำ คือ แผ่น die ด้านบนและด้านล่าง แผ่นเหล่านี้จะจัดแนวโดยใช้หมุดนำทางและปลอกนำทาง ส่วนประกอบอื่นๆ ทั้งหมด เช่น ตัวยึดปากกาดัด (punch retainers), บล็อก die, และแผ่น stripper จะถูกยึดติดแน่นกับแผ่นรองนี้ การประกอบทั้งชุดออกแบบมาให้เป็นเครื่องมือที่สมบูรณ์ในตัวเอง สามารถติดตั้งลงในเครื่องกดเพื่อผลิตชิ้นส่วนได้อย่างแม่นยำและทำซ้ำได้