Metalli stantsimise tööriistad: tüübid, kujundus ja hooldusjuhend
kaudu. Kui stantsimisvorm tootmise keskel ebaõnnestub, maksab iga seisakutund 500–5000 dollarit olenevalt pressi mahust ja detailide keerukusest. Erinevus tööriistaprogrammide vahel, mis töötab 2 miljonit tabamust, ja 200 000 tabamust ületava tööriistaprogrammi vahel taandub sageli kolmele otsusele, mis tehakse enne esimese kiibi lõikamist: matriitsi tüüp, terase valik ja hooldusdistsipliin.
See juhend hõlmab neid otsuseid, mida insenerid vajavad. Ei mingit kohevust – ainult numbrid, materjalid ja protseduurid, mis hoiavad metallistantsimise tööriistad töös.
Mis on metallist stantsimise tööriistad?
Metallist stantsimistööriistad on stantsikomponentide komplekt, stantsimisriistad, stantsimisplokid, stantsimisplokid. ja varuplaadid – mis vormivad leht- või mähismetallist pressi abil valmis detailid. Tööriistade kvaliteet kontrollib otseselt osade tolerantsi, pinnaviimistlust, praagi määra ja tüki hinda tootmistsükli jooksul.
Dieedi tüübi võrdlus: progressiivne, ülekande-, liit- ja ühejaamaline
Õige stantsiarhitektuuri valimine on esimene ja kõige olulisem otsustus tööriistade osas. Iga tüüp vähendab kiirust, paindlikkust, osade keerukust ja tööriistade maksumust.
| Dieedi tüüp | Kuidas see töötab | Tüüpiline löögisagedus | Osade keerukus | Tööriistade maksumus | Parim |
|---|---|---|---|---|---|
| Progressiivne stants | Strip edasiminek läbi mitme jaama ühes stantsikomplektis; iga jaam teeb ühe toimingu | 200–1500 SPM | Keskmine kuni kõrge | 25 000–300 000 $ + | Suuremahulised väikesed ja keskmised osad (pistikud, klambrid, klambrid) |
| Ülekandevorm | Osasid liigutatakse mehaaniliselt üksikute stantsijaamade vahel ülekandesõrmede abil | 30–200 SPM | Kõrge | 50 000 $ – 500 000 $ + | Suured osad, mis nõuavad sügavtõmmet või mitut vormimist (autode kerepaneelid, seadmete korpused) |
| Liitvorm | Mitu lõikamisoperatsiooni (toorik, torkamine, sälk) toimub üheaegselt ühe käiguga | 50–300 SPM | Madal kuni keskmine | 15 000–80 000 dollarit | Lamedad osad tihedate tooriku ja funktsioonide tolerantsidega, |
| Ühe jaamaga (lihtne) matriit | Üks toiming löögi kohta – ainult tühi, ainult augustamine või ainult vorm | 30–100 SPM | Madal | 2 000–30 000 dollarit | Prototüüpimine, lühikesed katsed või toimingud, mis sisestatakse sekundaarsetesse protsessidesse |
| Kombineeritud matriit | Ühend- ja progressiivsete põhimõtete segamine; lõikab ja vormib osajaamades | 100–500 SPM | Keskmine | $ 20 000–120 000 $ | Osad, mis vajavad nii vormimist kui ka täppislõikeid ilma täieliku progresseeruva keerukuseta |
Kuidas valida
- Maht üle 500 000 osa aastas: Progressiivsed stantsid võidavad peaaegu alati tüki maksumust, hoolimata suurematest tööriistainvesteeringutest.
- Osa suurus üle 300 mm või süvatõmbe suhe üle 2:1: ülekandevormid taluvad paremini tonnaaži ja materjalivoogu.
- Lamedad osad, mille kõrvalekalle on 5 ±0 mm.: Liitvormid omavad tühikuid suhteid, mida progresseeruvatel stantsidel on raske sobitada.
- Prototüüp või alla 10K aastane maht: Lihtsad stantsid standardsete stantsikomplektidega hoiavad tööriistade kulutused mõistlikud.
Tööriistaterase valik stantsimisstantside jaoks
Stantsi ja stantsiploki materjal määrab kulumiskindluse, löögikindluse ja saavutatava tonnaaži enne rikkeid. Vale terase valik on stantsi enneaegse rikke levinuim põhjus (halva kuumtöötluse järel).
| Terase klass | Tüüp | Kõvadus (HRC) | Kulumiskindlus | Tugevus | Tavaline kasutusala | Suhteline maksumus |
|---|---|---|---|---|---|---|
| D2 | Külmtöötlemise tööriistateras | 58–62 | Kõrge | Madal-keskmine | Pehmest terasest, alumiiniumist ja roostevabast terasest kuni 3 mm tootlus ja augustamine | $ |
| A2 | Külmtöötlemise tööriistateras | 57–61 | Keskmine | Keskmine–kõrge | Üldotstarbelised stantsid ja stantside sektsioonid; kinnisvara hea tasakaal | $ |
| M2 (HSS) | Kiirteras | 60–65 | Väga kõrge | Madal | Pikaajaline torkimine abrasiivsetes materjalides; roostevaba teras ja kõrgtugevad sulamid | $$ |
| CPM 10V | Pulbermetallurgia tööriistateras | 60–64 | High Extremely | Madal-keskmine | Äärmuslikud kulumisrakendused; räniterasest laminaadid, abrasiivsed komposiidid | $$$ |
| S7 | Löögikindel teras | 54–58 | Madal | Väga kõrge | Löögikoormusega toimingud: külmvormimine, peatamine, raske augustamine paksus materjalis | $ |
| DC53 | Külmtöötlemise tööriistateras (täiustatud D2) | 60–62 | Kõrge | Keskmine–kõrge | D2 asendus, kus lõhestumine on probleem; parem lihvitavus | $$ |
| Karbiid (WC-Co) | Tsementkarbiid | 80–92 HRA | High Extremely | Madal (habras) | terasest keraamika, keraamika 10M tabamust | $$$$ |
| Volframkarbiid (C2 klass) | Tsementkarbiid | 88–92 HRA | Extreme | Väga madal | Suuremahuline augustamine ja tühjendamine, kus stantside lihvimisintervallid peavad ületama 1 miljonit tabamust | $$$$ |
Valiku rusikareeglid
- Pehme teras või alumiinium, alla 2 mm: D2 või A2 60 HRC juures katab enamiku rakendusi.
- Roostevaba teras (304, 316): tõuske M2 või DC53 tasemele. Austeniitne roostevaba teras kõvastub agressiivselt ja närib läbi D2.
- Kõrgtugev madala legeeritud (HSLA) teras üle 590 MPa: CPM 10 V või karbiidist sisestused kriitilistel kulumispindadel.
- Vasest või messingist: A2-st piisab. Terase ülemäärane määramine raiskab siin eelarvet.
- Thick stock above 6mm: S7 stantside jaoks, mis näevad suurt löögikoormust, D2 stantsiplokkidele, mis näevad peamiselt abrasiivset kulumist.
Pro otsik: Kasutage karbiidist sisetükke ainult kulumiskriitilistel pindadel (lõikeservad, tõmberaadiused), selle asemel, et teha kogu stants karbiidist. See vähendab tööriistade maksumust 40–60%, säilitades samal ajal kulumise eelise seal, kus see on oluline.
Surma eluea arvutamine
Matriitsi eluea ennustamine hoiab ära nii enneaegse asendamise (eelarve raiskamine) kui ka ootamatu rikke (tootmisaja raiskamine). Tööstusharu standardne lähenemisviis kasutab materjali abrasiivsuse, surveterase kõvaduse ja töövahe kombinatsiooni.
Põhiline eluea valem
Expected die life (hits) = Base life × Material factor × Clearance factor × Lubrication factor
Baas eluiga sõltub matriitsi terasest ja kõvadusest:
| Die Steel | Aluse eluiga (löögid) õige kliirensi korral, pehme teras |
|---|---|
| D2 juures 60 HRC | 500,000 |
| M2 63 HRC juures | 1,200,000 |
| CPM 10V 62 HRC juures | 2,000,000 |
| Karbiid (C2) | 5,000,000 |
Materjalitegurid (korrutage baasiga):
| Töödeldava detaili materjal | Tegur |
|---|---|
| Pehme teras (SPCC, CR4) | 1.0 |
| Alumiinium (1100, 3003) | 1.5 |
| Alumiinium (5052, 6061) | 1.2 |
| Roostevaba 304 | 0.4 |
| Roostevaba 316 | 0.3 |
| HSLA (590 MPa) | 0.5 |
| Silikoonteras | 0.2 |
| Vask/messing | 1.3 |
Kliirenstegurid:
| Kliirens (% varu paksusest külje kohta) | Tegur |
|---|---|
| 3–5% (tihe, täppis) | 0.6 |
| 5–8% (standard) | 1.0 |
| 8–12% (lahke) | 1.2 |
| >12% (lohakas – parandage see) | 0,8 (murdekahjustus) |
Määrimistegurid:
| Määrimine | Tegur |
|---|---|
| Õigesti rakendatud tõmbesegu või stantsimisõli | 1.0 |
| Kuivstantsimine (ilma määrdeaineta) | 0.3 |
| Üleujutuse jahutusvedelik (mitte määrdeaine) | 0.5 |
| Materjalile vale määrdeaine | 0.6 |
Arvutuse näide
Tühjendus 1,5 mm roostevaba 304 D2 stantsiga 60 HRC juures, õige õliga: 6% kliirens
500,000 × 0.4 × 1.0 × 1.0 = 200,000 hits
Sama seadistus, kuid karbiidsisustustega:
5,000,000 × 0.4 × 1.0 × 1.0 = 2,000,000 hits
See 10-kordne erinevus õigustab karbiidi maksumust suuremahuliste roostevaba töö puhul.
Metalli stantsimise tööriistade disain: põhiprintsiibid
Hea stantsi disain hoiab ära 80% allavoolu riketest. Põhiprintsiibid:
1. Lõikevahe
Pehme terase tühjendamiseks ja augustamiseks hoidke 5–8% külje paksusest. Tugevam kliirens (3–5%) parandab servade kvaliteeti, kuid lühendab stantsi eluiga ja suurendab tonnaaži. Laiem kliirens (8–12%) pikendab stantsi eluiga, kuid tekitab suuremaid purse.
2. Stantsi sisestuse geomeetria
- Perforaatorite nihkenurk: 1–3° külje kohta vähendab eemaldamisjõudu ja tonnaaži naelu 30–50%.
- Vormploki kõrgus: 3–5 mm materjalidele, mille paksus on alla 2 mm; 5–8 mm 2–6 mm varude puhul. Nendest väärtustest madalamal stantsi pragunemine kiireneb.
- Tõmmamisvormi raadius: löögi nina raadiuse minimaalne paksus 4×. Sellest madalamal on süvatõmbeoperatsioonidel materjali rebimine peaaegu garanteeritud.
3. Riba paigutus (progressiivsed matriitsid)
- Minimaalne silla laius osade vahel: 1,2× lao paksus.
- Kanduriba laius: mehaanilise töökindluse tagamiseks vähemalt 10 mm.
- Pilootava läbimõõt: vähemalt 3 mm, asetatakse kriitilisest vormimisjaamast 0,5 sammu kaugusele.
4. Juhtimine ja joondamine
- Kasutage kuullaagrite juhtsambaid (mitte lihtpukse) stantside jaoks, mille kliirens on alla 5% külje kohta.
- Juhttihvti läbimõõt peab olema vähemalt 10% matriitsi pikkusest, et taluda külgsuunalist läbipainet keskpunktivälise koormuse korral.
Tööriistade hoolduse kontrollnimekiri
Struktureeritud hooldusprogramm pikendab stantsi eluiga 30–50% ja lahendab probleemid enne, kui need muutuvad katastroofideks. Käivitage see kontrollnimekiri kindla ajakava alusel.
Iga vahetus (8 tundi)
- [ ] Riba väljalaskeava visuaalne kontroll, et näha, kas matriitsi esiküljel on jäsemeid, killusid või materjali kogunemist
- [ ] Kontrollige määrdesüsteemi – veenduge, et pihustuspihustid poleks ummistunud, õlivool on piisav
- [ ] Kuulake vajutamise ajal ebatavalisi helisid (klõpsamine, kraapimine, lihvimine)
- [ ] Kontrollige osade mõõtmeid vahetuse esimesel ja viimasel tükil käigu/no-go mõõturitega
- [ ] Puhuge stantsi pinnad vahetuse lõpus suruõhuga maha
Iga 50 000 tabamuse järel
- [ ] Eemaldage stants pressist ja kontrollige lõikeservi 10-kordse luubiga kulumise, lõhenemise või lõhenemise suhtes.
- [ ] Kontrollige juhttihvtide ja pukside lõtku – asendage, kui radiaalne kliirens ületab 0.02 mm
- [ ] Kontrollige vedrude, vedrude komplekti või spiraalvedrude jõu (gaasvedrude) kadu.
- [ ] Puhastage matriit põhjalikult – eemaldage kogu praht, õlijäägid ja metalliosakesed
- [ ] Mõõtke mikromeetriga stantsi kriitilised mõõtmed (stantsi ja stantsi vahekaugus, tõmberaadius)
Iga 200 000 tabamuse järel
- [ ] Täielik stantsi rebimine – eraldi ülemised ja alumised stantsikingad
- [ ] Lihvige või teritage lõikeservi uuesti, kui kulumispind ületab 0,3 mm
- [ ] Kontrollige kõiki tüüblitihvte, korkkruvisid ja kinnitusplaate väsimise või lõdvenemise suhtes
- [ ] Kontrollige matriitsi jalatsite tasasust – lihvige uuesti, kui kõverus ületab 0,05 mm täispikkuses
- [ ] Vahetage ennetava meetmena välja kõik kulumisribad, juhtpuksid ja lämmastikvedrud
- [ ] Dokumenteerige kõigi kulumismääradega
Aastane (või 1 000 000 tabamust)
- [ ] Täielik stantsi taastamine (kui on kohaldatav)
- [ ] Kuumtöötlemiseta kõvaduse kontrollimine kohapeal
- [ ] Tootmisandmete ülevaatamine: praagi määra trend, mõõtmete triiv, tonnaaži suurenemine
- [ ] Värskendage matriitsi hoolduspäevikut ja asenduskomponentide plaani
Levinud stantsimistööriistade tõrked ja lahendused
| Rike | Algpõhjus | Sümptomid | Lahendus |
|---|---|---|---|
| Punch killing | Surveterase ebapiisav tugevus; kliirens liiga tihe; kõrvalekaldumine | Nähtavad laastud lõikeserval; osade pursked; metalliosakesed stantsis | Lülituge D2 asemel karmimale terasele (DC53); suurendada kliirensit 6–8% -ni; kontrollige juhiku joondamist |
| Die cracking | Pingekontsentratsioon teravates nurkades; stantsiploki ebapiisav paksus; termilise tsükli kuumuse kontroll | Nurkadest kiirguvad juuksepraod; osade mõõtmete järsk muutus | Lisage raadiused (min R2) kõikidesse sisenurkadesse; suurendada stantsiploki paksust; kasutage paksuse lõigu stantsimiseks eelkuumutamist temperatuurini 150 °C |
| Galling (materjali kogumine) | Ebapiisav määrimine; matriitsi pind liiga kare; stantsi külge kleepuv tooriku materjal | Triibud või kõrgenenud alad stantsi pinnal; osadel kriimustused; tonnaaži suurendamine | Kandke TiN või TiCN PVD kate; parandada pinnaviimistlust Ra 0,2 μm või paremaks; lülituge klooripõhisele roostevaba terase stantsimisõlile |
| Enneaegne kulumine | Materjali vale stantsiteras; ebapiisav kõvadus; abrasiivne toorik | Enne eeldatavat eluiga kuluma maapinda üle 0,5 mm; osad väljaspool tolerantsi; serva ümberminek | Uuendage karbiiddetailidele või CPM 10 V; kontrollige kuumtöötlust (kõvaduskatse mitmes punktis) |
| Vedrurike | Ülemäärasest rattasõidust tulenev väsimus; vale vedrujõu valik; kuumus | Ebaühtlane eemaldamisjõud; löögi külge kleepuvad osad; riba kortsumine | Vahetage vedrud kindlate ajavahemike järel (gaasvedrud: iga 500 000 löögi järel; spiraalvedrud: iga 200 000 löögi järel); ülemõõduline vedrujõud 20% võrra |
| Vale joondamine / tsentrist väljas koormus | Kulunud juhttihvtid; press-slaidi kulumine; matriitsikomplekti vale paigaldamine | Ebaühtlane kulumismuster; matriitsi ühel küljel on rohkem kulumist; asümmeetriliste hammustustega osad | Vahetage juhttihvtid ja puksid; kontrollige pressi slaidi paralleelsust; Paigaldage uuesti stantsikomplekt koos sihvernäidiku kontrolliga |
| Nälkjate tõmbamine | Ebapiisav stantsi kliirens; vaakumefekt löögis; nälkjate kinnihoidmise funktsioon puudub | Nälkjad sisenevad uuesti matriitsiõõnde; lõksu jäänud nälkjate kahjustused; kriimustatud osad | Lisage stantsile vaakumtõmbeaugud; kasutada nälkjate kinnihoidmise magneteid; kandke stantsi pinnale mikrohelmestega kate |
Tööriistade kulude jaotus eelarve planeerimiseks
Tööriistade raha kulumise mõistmine aitab hankemeeskondadel tõhusalt läbi rääkida ja inseneridel teha teadlikke kompromisse.
| Kulu komponent | % tööriistade kogumaksumusest | Märkused |
|---|---|---|
| Surveteras (tooraine) | 15–25% | Kõrgem karbiid- või pulbermetallurgia klassidele |
| CNC-töötlus ja EDM | 35–50% | Suurim kulutegur; keerukus suurendab seda oluliselt |
| Kuumtöötlus | 5–10% | Vaakumkuumtöötlus maksab rohkem tulemusi |
| Lihvimine ja viimistlemine | 8–12% | Pinnaviimistluse nõuded alla Ra 0,4 μm lisavad kulusid |
| Kokkupanek ja proovimine | 10–15% | Hõlmab matriitsi paigaldamist, reguleerimist ja esimese toote tootmist |
| Katted (TiN, TiCN jne) | 3–8% | Valikuline, kuid pikendab paljude rakenduste kasutusiga 2–4 korda |
Kiired vastused stantsimistööriistade ja stantside kohta
Kasutage neid vastuseid, et võrrelda matriitsi tüüpi, tööriista kasutusiga, näidise kinnitamist, hooldusvajadusi ja tööriistade eeldusi enne tootmispakkumist.
Millist tüüpi stantsimisvormi minu osa vajab?
Õige stants sõltub detaili geomeetriast, tolerantsist, materjali paksusest, vormitud omadustest, aastamahust ja sellest, kas projekt vajab prototüüpi või tootmistööriistu.
Miks stantsimistööriistad nii palju maksavad?
Tööriistade maksumus muutub vastavalt matriitsi keerukusele, jaamade arvule, materjali kõvadusele, eeldatavale elueale, anduritele, varuosadele, proovisilmustele ja kontrollinõuetele.
Mida peaks tööriistade pakkumine sisaldama?
Kaasake joonised, 3D-failid, materjal ja paksus, aastane maht, kriitilised omadused, näidiste kinnitamise kriteeriumid, tööriista omandiõigus ja tootmise käivitamise ajastus.
Korduma kippuvad küsimused
Kui kaua stantsimisstants tavaliselt kestab?
Matriitsi eluiga ulatub 100 000 kuni üle 10 miljoni tabamuse, olenevalt matriitsi terasest, tooriku materjalist ja hooldusest. D2-vormingus pehme teras peab tavaliselt vastu 500 000 lööki; sama sureb roostevabast terasest 304 langeb umbes 200 000 tabamuseni. Karbiidist tööriistad võivad isegi abrasiivsete materjalide puhul ületada 5 miljonit lööki. Regulaarne hooldus suurendab neid numbreid 30–50%.
Mis vahe on progresseeruva stantsi ja ülekandevormi tööriistade vahel?
Progressiivsed stantsid kannavad detaili pideval ribal läbi mitme jaama ühes stantsikomplektis, saavutades kõrge käigusageduse (200–1500 SPM). Ülekandevormid liigutavad üksikuid osi eraldi matriitsijaamade vahel mehaaniliste sõrmede abil, mis võimaldab suuremaid osi ja sügavamat tõmbamist, kuid aeglasema kiirusega (30–200 SPM). Progressiivsed stantsid sobivad suuremahuliste väikeste osade jaoks; ülekandevormid sobivad suurtele või kompleksvormitud osadele.
Kuidas valida stantsimisrakenduse jaoks D2 ja karbiidi vahel?
Kasutage D2 alla 500 000 tabamuse või pehme terase, alumiiniumi või õhukese roostevaba terase tembeldamiseks. Abrasiivmaterjalide tembeldamisel (räniteras, kaetud materjalid), kui nõutav stantsi eluiga ületab 1 miljon lööki või kui stantsi lihvimise seisakuaeg on vastuvõetamatu, lülituge karbiiddetailidele. Karbiid maksab ette 3–5 korda rohkem, kuid suurte koguste puhul tagab see sageli madalama tükihinna.
Milline hooldusintervall hoiab ära stantsi ootamatu rikke?
Kontrollige stantse igas vahetuses ilmsete probleemide suhtes, tehke üksikasjalik servakontroll iga 50 000 löögi järel ja täielikud rebimised iga 200 000 löögi järel. See ajakava püüab kinni 90% arendustõrgetest enne, kui need põhjustavad planeerimata seisakuid. Jälgige mõõtmete mõõtmisi aja jooksul, et ennustada, millal on vaja uuesti lihvida või asendada.
Kas kahjustatud stantsimistööriistu saab parandada või tuleb see välja vahetada?
Enamikku stantse saab asendamise asemel parandada. Keevisõmbluste parandamine (kasutades sobivat täitematerjali ja korralikku eel-/järgset kuumtöötlust) parandab D2, A2 ja S7 stantside laastud ja praod. Kulunud lõikeservi saab geomeetria taastamiseks uuesti lihvida. Kuid stantsid, mille praod ulatuvad matriitsi korpusesse üle 5 mm sügavuse, või stantsid, mida on samas piirkonnas rohkem kui kaks korda uuesti keevitatud, tuleks välja vahetada.
Järeldus
Otsused metallist stantsimise tööriistade kohta – stantsi tüüp, terase klass, kliirens ja hooldusdistsipliin – on seotud miljonite tootmistabamustega. Nende õigeks saamine projekteerimisetapis maksab murdosa sellest, mida maksavad tootmise keskmised tõrked praagiks, seisakuteks ja erakorralisteks ümbertöödeks.
Inseneridele, kes määravad uusi tööriistu: sobitage matriitsi arhitektuur mahu ja detailide geomeetriaga, valige madalaima hinnaga teras, mis vastab teie kasutusea eesmärgile, ja käivitage hoolduse kontroll-loend ajakava järgi. Tarnijaid hindavatele hankemeeskondadele: küsige nende hooldusprotokollide, terase hankimise ja stantsi eluea jälgimise kohta – need erinevad tarnijad, kes tarnivad ühtseid osi nendest, kes tarnivad ebajärjekindlaid osi.
Kas olete valmis arutama oma järgmist stantsimistööriistade projekti? Võtke ühendust meie insenerimeeskonnaga tööriistade ülevaate ja hinnapakkumise saamiseks.