Що таке теплове розширення?

Сталь росте, коли стає гарячою. Під час штампування це зростання викликає проблеми.

Я створював штампи 18 років. Цехи, в яких я працював, втратили тисячі доларів через деталі, які вийшли не так, тому що хтось не врахував тепло. Прогресивна матриця, що працює зі швидкістю 600 ударів на хвилину, створює тертя. Це тертя підвищує температуру пуансона та сталі матриці. Сталь розширюється. Дозволи, які ви отримали вчора, більше не є дозволами, які ви маєте сьогодні.

Числа

Інструментальна сталь розширюється приблизно на 11-12,5 мікрометрів на метр на кожен градус Цельсія зміни температури. Звучить мало. На секції матриці 200 мм підвищення температури на 30 градусів додає до ваших розмірів приблизно 0,07 мм. Ви просто завищили свій допуск на деталі, яка потребувала ±0,05 мм.

Сталь D2, сталь A2 і більшість інструментальних сталей-повітряного загартування належать до цього діапазону 11-12,5. Карбід нижчий, близько 5-6. Основний метал, який ви штампуєте, має власний коефіцієнт. Алюміній розширюється майже вдвічі більше, ніж сталь. Нержавіюча сталь знаходиться десь посередині.

Де це відображається

Wire EDM – це перше місце, де більшість штампових цехів бачать, що теплове розширення викликає справжні проблеми. Діелектрична рідина контролює температуру, але заготовка все одно нагрівається під час різання. Блок, розміри якого вранці становили 150 000 мм, до обіду може бути 150,015 мм. Деякі магазини не проводять остаточні вимірювання, доки деталь не відлежиться протягом ночі.

Шліфування гірше. Колесо виділяє тепло в місці контакту. Без охолоджуючої рідини поверхнева шліфувальна машина може нагріти вставку матриці, щоб відкинути місце отвору на кілька десятих. З цієї причини в операціях шаблонного шліфування використовуються-системи охолодження з контрольованою температурою. Кращі магазини зберігають свою шліфувальну рідину в межах 1 градуса.

Під час виробництва матриця нагрівається за передбачуваною схемою. Перші 50 частин часто мають інші розміри, ніж частини 500–1000. Досвідчені оператори пресів це знають. Вони знімуть перші удари або відрегулюють висоту закриття преса після розминки.

Проблеми зі складанням матриці

Набір матриць, створений за кімнатної температури, поводиться по-різному за робочої температури. Тримач пуансона та башмак матриці розширюються. Напрямні штифти та втулки розширюються. Якщо матеріали не збігаються, підгонка змінюється.

Я бачив, як магазини використовують бронзові напрямні втулки в сталевих черевиках, не замислюючись про температурну невідповідність. Бронза розширюється більше, ніж сталь. Під впливом тепла втулка стає слабкішою в отворі. Грашка починає ходити.

Подібну проблему становлять дюбелі. Дюбель зі -ковзанням під кутом 20 градусів перетворюється на ослаблений дюбель під кутом 40 градусів. У деяких магазинах для компенсації використовують більш щільну посадку з перешкодами. Інші приймають рух і контролюють його за допомогою п’яткових блоків.

Що працює

Допомагають магазини-з контрольованою температурою. Підтримання температури навколишнього середовища на рівні 20 градусів ±1 градус робить вимірювання послідовним. Більшість інструментальних кімнат, у яких я працював, не контролювали температуру. Ви навчитеся обходити це.

Дозволити частинам стабілізуватися перед кінцевою обробкою має більше значення, ніж більшість людей визнають. Грубо обробіть деталь, дайте їй постояти 24 години, а потім закінчіть. Деталь знімає внутрішню напругу і досягає рівноваги з кімнатою. Ваші остаточні розміри зберігаються.

Послідовні процедури запуску преса зменшують варіації деталей. Запустіть матрицю протягом 15 хвилин перед тим, як залишити частини. Сталь досягає робочої температури. Зазори осідають.

Для матриць, які працюють із гарячими-високошвидкісними-додатками або важкими-матеріалами-охолодження, канали, просвердлені через секції матриці, відводять тепло. В автомобільній промисловості вони широко використовуються для операцій гарячого штампування, коли заготовка надходить під 900 градусів. Вода або масло циркулює через канали, прорізані на гранях матриці.

Компенсація

Деякі дизайнери штампів додають компенсацію своїм відбиткам. Вони обрізають профіль EDM на 0,01 мм менше, знаючи, що деталь буде рости під час експлуатації. Цей підхід вимагає даних про виробництво. Ви повинні точно знати, наскільки нагрівається кубик і скільки зростання це викликає.

На прогресивних матрицях із кількома станціями кожна станція може розширюватися по-різному. Станції формування виробляють більше тепла, ніж станції гасіння. Розкладка смуги повинна враховувати кумулятивні ефекти.

Більшість магазинів не розраховують теплову компенсацію. Вони виготовляють матрицю для друку, запускають тестові частини, потім виявляють і регулюють, доки деталі не вийдуть належними. Це працює. Це займає більше часу.

Що не працює

Ігнорування проблеми не працює. Я спостерігав, як виробники матриць витрачали дні на вирішення проблеми розмірів, яка виявилася тепловим дрейфом у шліфувальній кімнаті. Блок змінного струму циклічно вмикався та вимикався. Температура в кімнаті коливалася до 5 градусів. Кожна частина вийшла різною.

Довіряти ШМ без перевірки кімнатної температури не працює. Координатно-вимірювальні машини самостійно компенсують теплове розширення. Вони не компенсують частину, що сидить на граніті.

Поспішна остаточна перевірка не працює. Деталь, щойно знята з дротяної машини, не такого розміру, як деталь, яка пролежала на лаві чотири години.

Підсумок

Теплове розширення - це фізика. Кожен виробник штампів знає про це. Не кожен виробник штампів планує це зробити. Цехи, які контролюють своє середовище, стабілізують свої частини та дотримуються послідовних процедур, отримують кращі результати. Цехи, які не витрачають більше часу на налаштування, гинуть у пресі.

Цифри є в довідниках. Коефіцієнт для вашої сталі можна знайти в Google. Найважче – виробити звички, які враховують тепло під час кожної операції, щодня. Через 18 років мені все ще доводиться нагадувати собі, щоб деталі охолонули, перш ніж вимірювати їх.