Kiedy po raz pierwszy zacząłem prowadzić własną tłocznię progresywną, myślałem, że zużycie matrycy to tylko część pracy – coś, z czym boryka się każdy stemplarz, jak zimowy chłód lub maszyna, która nigdy nie działa płynnie. Następnie podpisaliśmy kontrakt na produkcję wielkoseryjną w branży motoryzacyjnejCzęść tłoczona z metalus, a nasze starty kości nie powiodły się przy połowie oczekiwanej szybkości działania. Nagle to „normalne” zużycie stało się problemem o wartości 12 tys. dolarów: przestoje, pospieszne przemiały i klient, który prawie zrezygnował z rocznego zamówienia. Wtedy przestałem traktować zużycie matryc jako coś oczywistego i zacząłem traktować je jako dającą się rozwiązać zagadkę inżynierską. Jeśli jesteś dostawcą progresywnych stempli (tak jak ja) lub producentem, który na tym polegaProgresywne tłoczenie metaliw przypadku części o dużej objętości i wąskich tolerancjach nie jest to tylko szczegół techniczny – to różnica między osiągnięciem limitów produkcyjnych a utratą dochodowej pracy. Oto, czego nauczyłem się metodą prób i błędów na temat zwiększania krok po kroku odporności matrycy na zużycie.
Pierwszą rzeczą, którą przestałem kupować, była tania stal narzędziowa. Na początku wybrałbym najniższą cenę za funt, ponieważ myślałem, że wszystkie stale narzędziowe D2 i S7 są takie same – błędne. Nie każdą stal narzędziową poddaje się jednakowej obróbce cieplnej i ta niewielka różnica ma ogromny wpływ na zużycie. Pozwólcie, że wyjaśnię to następująco: D2 to stal narzędziowa o wysokiej zawartości węgla i chromu, która doskonale nadaje się do odporności na zużycie, ale tylko pod warunkiem, że zostanie utwardzona do odpowiedniego zakresu Rockwell C (HRC) – zwykle od 58 do 62, w zależności od zastosowania. Jeśli Twoja obróbka cieplna przyspieszy proces i osiągnie tylko HRC 55, matryca będzie zużywać się o 30% szybciej i łatwiej. W zeszłym roku przeszliśmy do lokalnego zakładu obróbki cieplnej specjalizującego się w matrycach do tłoczenia i dodaliśmy etap obróbki wstępnej: zamrażanie kriogeniczne po odpuszczaniu, które wyciąga resztkowy austenit (miękką, niestabilną fazę stali), powodujący przedwczesne zużycie. Obecnie oferujemy również stal narzędziową o drobniejszej strukturze ziarna — mniejsze węgliki w osnowie stali oznaczają mniejsze odpryski i ścieranie w miarę upływu czasu. Widziałem, że inne sklepy to pomijają, a ich matryce wymagają ponownego szlifowania co 100 tys. części; nasze zestawy matryc D2 obsługują obecnie ponad 250 tys. części przed pierwszym szlifowaniem, co obniża koszty konserwacji matryc o 40% w ciągu sześciu miesięcy.
Następnie dostosowaliśmy nasz pusty projekt i obsługę materiałów dla części, które stemplujemy. Wiele osób zajmujących się stemplami uważa, że zużycie matrycy wynika tylko z oprzyrządowania, ale sam materiał roboczy jest ogromnym czynnikiem. Jeśli tłoczysz wysokowytrzymałą stal niskostopową (HSLA), stal nierdzewną, a nawet mosiądz z grubymi powłokami powierzchniowymi, materiały te są bardziej ścierne niż standardowa stal walcowana na zimno (CRS). W zeszłym roku rozpoczęliśmy testowanie wykończenia powierzchni materiałów dla każdego nowego produktuTłoczenie sprzętuLubCzęść prasowanazamówienie, w którym zastosowano materiały ścierne: pobraliśmy próbkę materiału, przeprowadziliśmy test zużycia na małej prototypowej matrycy i dostosowaliśmy nasz pusty projekt, aby zmniejszyć tarcie w punkcie styku. Na przykład, kiedy zaczęliśmy tłoczyć wsporniki ze stali ocynkowanej dla klienta budowlanego, powłoka cynkowa przyklejała się do stempla matrycy, zacierała się i powodowała mikrozużycie. Naprawiliśmy ten problem, dodając niewielki promień do punktu wejścia stempla – zamiast ostrej krawędzi wbijającej się w powłokę, półfabrykat ślizga się po promieniu. Przeszliśmy także z ręcznego podawania materiału na podawanie rolkowe sterowane serwomechanizmem, które za każdym razem zapewnia spójne, płaskie półfabrykaty; nierówne półfabrykaty ocierają się o krawędzie wnęki matrycy przy każdym skoku, powodując niepotrzebne zużycie, którego nie może naprawić żadna ilość stali narzędziowej. Jedna sztuczka, którą nauczyłem się od doświadczonego stemplarza na targach: zawsze testuj materiał o tej samej grubości i wykończeniu jak w zleceniu produkcyjnym, a nie próbkę z innej partii. Nieco grubszy blank zwiększa docisk matrycy o 15% lub więcej, co z czasem powoduje szybsze zużycie.
Obróbka powierzchniowa to obszar, w którym zaobserwowaliśmy największe długoterminowe korzyści i jest to krok, który przeoczyliśmy przez lata. Kiedyś po prostu oliwiliśmy matryce i nazywaliśmy to „smarowaniem”, ale to obróbka powierzchni dla początkujących. Teraz stosujemy podejście warstwowe, w zależności od zastosowania. W przypadku większości naszych matryc progresywnych po obróbce mechanicznej i obróbce cieplnej matrycy wykonujemy powłokę poprzez fizyczne osadzanie z fazy gazowej (PVD) azotkiem tytanu (TiN) lub węglem diamentopodobnym (DLC). TiN jest tani, ma twardość około 2500 HV i doskonale sprawdza się w przypadku materiałów o niskiej ścieralności, takich jak CRS lub aluminium. DLC jest twardszy do 4000 HV i ma niskie tarcie, co oznacza mniej ciepła i mniej zatarcia podczas tłoczenia materiałów ściernych, takich jak stal nierdzewna. Zaczęliśmy używać DLC, kiedy zajęliśmy się motoryzacjąCzęść tłoczona z metalukolejności, o której wspomniałem wcześniej, a ta pojedyncza zmiana podwoiła żywotność matrycy. Ale dowiedzieliśmy się również, że samo powlekanie nie wystarczy: przed powlekaniem należy wykończyć powierzchnię matrycy. Matryca ze śladami narzędzi lub chropowatością Ra 0,8 będzie zatrzymywać więcej zanieczyszczeń, porysować powłokę i prowadzić do zużycia. Teraz wykonujemy mikropolerowanie wszystkich powierzchni stykających się z matrycą przed pokryciem PVD, zmniejszając chropowatość do Ra 0,2 lub niższej. Różnica polega na tym, że dzień i noc – nasze powlekane wykrojniki mają teraz gładką, nieprzywierającą powierzchnię, która jest odporna na zacieranie się nawet po setkach tysięcy uderzeń. W przypadku obszarów narażonych na duże zużycie, takich jak rogi matrycy lub końcówki stempla, nakładamy również nakładkę z węglika wolframu za pomocą spawania natryskowego, co dodaje dodatkową warstwę twardości tam, gdzie ma to największe znaczenie. To rodzaj ukierunkowanej obróbki powierzchni, która pozwala uniknąć przedwczesnej wymiany całych zestawów matryc.
Regulacja luzu matrycy i skoku jest niewielka, ale to właśnie tam wiele progresywnych stemplarzy idzie na skróty. Jeśli matryca ma zbyt mały prześwit pomiędzy stemplem a wnęką matrycy, zbyt mocno ściskasz materiał, tworząc nadmierne tarcie i ciepło, które zużywają oprzyrządowanie. Jeśli będzie za dużo, powstaną zadziory, które powodują tarcie materiału o boki matrycy, powodując zużycie krawędzi. W przypadku matryc progresywnych luz zależy od rodzaju i grubości materiału: z reguły do czystych cięć używamy 8-10% grubości materiału, ale dostosowujemy to do materiałów o dużej wytrzymałości (10-12%) lub materiałów z twardymi powłokami. Rozpoczęliśmy także monitorowanie wyrównania skoku matrycy co 50 tys. części. Z biegiem czasu odchylenie prasy może przesunąć ustawienie matrycy, przez co stempel nie będzie idealnie wyśrodkowany we wnęce. Prowadzi to do nierównomiernego zużycia – jedna strona stempla zużywa się szybciej niż druga – i ostatecznie matryca zaczyna wytwarzać części z zadziorami lub błędami wymiarowymi. Obecnie używamy czujnika zegarowego do sprawdzania wyrównania podczas rutynowej konserwacji i regulujemy prowadnice prasy co 100 tys. skoków. Kolejna rzecz: zmieniliśmy sposób regulacji wysokości matrycy. Zamiast raz ustawić matrycę podczas konfiguracji i zapomnieć o tym, wprowadzamy niewielką poprawkę (zwykle 0,001 cala) za każdym razem, gdy zmieniamy partię materiału. Węższa wysokość matrycy w przypadku bardziej miękkiego materiału zmniejsza rozsypanie, natomiast nieco luźniejsza wysokość w przypadku twardego materiału zapobiega nadmiernemu naciskowi. Z danych mojego sklepu wynika, że te drobne poprawki wydłużają żywotność matrycy o 20%.
Ostatnim elementem układanki jest konserwacja predykcyjna, a nie poprawki reaktywne. Wielu z nas zauważa zużycie matrycy dopiero wtedy, gdy części zaczynają wyglądać na zadziory, zadrapania powierzchni, przesunięcia wymiarowe. Do tego czasu matryca straciła już 5-10% swojej twardości, a Ty już masz opóźnienia w produkcji. Teraz śledzimy dwie rzeczy na każdym zestawie matryc: liczbę serii i dane z kontroli części. Za każdym razem, gdy uruchamiamy matrycę, rejestrujemy liczbę wyprodukowanych części i sprawdzamy 10–15 części pod kątem wysokości zadziorów, dokładności wymiarowej i wykończenia powierzchni. Jeśli zauważymy niewielki wzrost wysokości zadziorów (od 0,0005 cala do 0,001 cala), planujemy częściowe szlifowanie lub poprawkę, zanim zamieni się to w pełną wymianę matrycy. Używamy również przenośnego testera twardości matrycy, aby sprawdzać twardość krytycznych powierzchni co 50 tys. części. Jeśli twardość spadnie poniżej HRC 57 dla stali D2, planujemy ponowne podgrzanie i polerowanie, a nie czekanie, aż matryca będzie zbyt zużyta, aby można było ją naprawić. W zeszłym kwartale wykryliśmy zestaw matryc, który zaczynał tracić twardość na krawędzi wnęki matrycy — poprawiliśmy go za 800 USD zamiast wymieniać za 5000 USD. Jest to rodzaj proaktywnego podejścia, które zmienia zużycie matrycy z kosztownej niespodzianki w planowany i niedrogi etap konserwacji.
Wiem, że niektórzy zajmujący się stemplami przeczytają to i powiedzą: „To zbyt drogie – dlaczego miałbym inwestować w obróbkę kriogeniczną, powlekanie DLC i konserwację zapobiegawczą?” Pozwól, że wykonam obliczenia za Ciebie: nowy zestaw matryc progresywnych kosztuje 4000–15 000 USD, w zależności od złożoności. Jeśli matryca zużyje 100 000 części, zanim będzie wymagać wymiany, koszt matrycy wynosi od 0,04 do 0,15 USD za część. Jeśli zainwestujesz 1500 USD w obróbkę cieplną stali narzędziowej, powłokę DLC i mikropolerowanie, a ta sama matryca wykona 250 000 części, koszt matrycy spadnie do 0,016–0,06 USD za część. Jest to bezpośrednia oszczędność kosztów wynosząca tysiące dolarów przy zamówieniu obejmującym 1 milion części. Ponadto unikasz przestojów: gdy matryca się zużyje, jesteś wyłączony na 4–8 godzin w oczekiwaniu na wymianę lub naprawę. W przypadku tłoczenia na dużą skalę oznacza to utratę setek części na godzinę, co oznacza niedotrzymanie terminów dostaw i niezadowolenie klientów.
Ostatecznie poprawa odporności na zużycie matrycy nie polega na jednej wielkiej „sztuczce” – chodzi o małe, spójne zmiany w całym procesie, od wyboru stali narzędziowej po konserwację. Jeśli używaszProgresywne tłoczenie metalijeśli chodzi o części, zestawy matryc są najcenniejszym zasobem, a dbałość o nie sprawi, że Twoja operacja będzie bardziej opłacalna i niezawodna.
Jeśli szukasz partnera w zakresie progresywnego tłoczenia, dla którego priorytetem jest długowieczność matryc w celu uzyskania stałej, wysokiej jakościCzęść tłoczona z metalu,Tłoczenie sprzętu, LubCzęść prasowanaprodukcji, jesteśmy tutaj, aby Ci pomóc. Skontaktuj się z nami, aby omówić wymagania projektu i sposoby optymalizacji pod kątem długiej żywotności matrycy i efektywności kosztowej.
Referencje:
- Astachow, wiceprezes (2006). Trybologia skrawania metali. Elsevier.
- DeGarmo, EP, czarny, JT i Kohser, RA (2011). Materiały i procesy produkcyjne (wyd. 11). Johna Wileya i synów.
- Shaw, Mc (1996). Zasady cięcia metalu (wyd. 2). Wydawnictwo Uniwersytetu Oksfordzkiego.
- Tschätsch, H. i Dietrich, J. (2012). Tribologia stosowana: zasady i praktyka (wyd. 2). Skoczek.