Matrizenwissenschaft: Lösung von Stempel- und Matrizenabsplitterungsproblemen

Stanzer und Formenbauer schneiden und formen Stähle mit höherer Festigkeit als je zuvor, die jedes Jahr weiter zunimmt. Wenn ein Metall vor 25 Jahren eine Zugfestigkeit von 60.000 Pfund pro Quadratzoll (PSI) hatte, galt es als „hochfest“ und schwer zu schneiden und zu formen. Heutzutage ist es keine Seltenheit, dass Stempel Metalle mit einer Zugfestigkeit von mehr als 174.000 PSI formen.

Diese Metalle mit höherer Festigkeit erfordern zum Formen und Schneiden größere Kräfte und Energie. Folglich erhöht das Schneiden von hochfesten Metallen die Stoßbelastung, die auf die Schneidabschnitte und Komponenten einwirkt. Eine übermäßige Stoßbelastung von Stempeln und Matrizen führt häufig dazu, dass die Schneidkanten vorzeitig abplatzen oder sogar reißen.

Statistisch gesehen ist die Hauptursache für Stempelabplatzungen der Pressentyp. Bestimmte Pressentypen sind, selbst wenn sie neu oder in einwandfreiem Betriebszustand sind, nicht für Präzisionsanwendungen mit hoher Tonnage geeignet. Zwei typische Beispiele hierfür sind Gap-Frame- und C-Frame-Pressen. Obwohl diese Art von Pressen sehr beliebt und weit verbreitet ist, weisen sie häufig hohe Durchbiegungsraten auf, wenn sie Kräften nahe ihrer Kapazität ausgesetzt werden. Mit anderen Worten: Wenn die auf den Stößel wirkende Kraft zunimmt, vergrößert sich der Betrag, um den sich der Stößel in Bezug auf die Unterlage durchbiegt, was zu einer schlechten Ausrichtung des Lochstanzstempels und des Schneidabschnitts führt.

Die meisten Spaltrahmenpressen sind auf die Durchbiegung pro Zoll Ausladungstiefe ausgelegt. Wenn Sie beispielsweise eine Spaltrahmenpresse mit einem 24 Zoll tiefen Bett und einer Tragfähigkeit von 100 Tonnen haben und die Durchbiegung des Stößels zum Untergestell berechnen, wenn 100 Tonnen auf die Presse wirken, könnte der Stößel nicht parallel zur Presse sein Polster bis zu 0,048 Zoll. Bei dieser Berechnung wird eine Durchbiegungsrate von 0,002 Zoll pro Zoll Ausladungstiefe verwendet. Die meisten älteren Gap-Frame-Pressen haben eine Nennweite von 0,0015 bis 0,002 Zoll. Durchbiegung pro Zoll Halstiefe.

Auch bei Spaltpressen sind Pressvibrationen ein Problem, insbesondere bei der Verwendung von Vollhartmetall-Stempeln. Obwohl Hartmetall äußerst verschleißfest ist, ist seine Fähigkeit, Stöße und Vibrationen zu absorbieren, sehr gering.

Verwenden Sie nach Möglichkeit eine Seiten- oder Kastenrahmenpresse. Die Durchbiegung dieser Pressen ist im Allgemeinen 12-mal geringer als bei Spaltrahmenpressen. Auch das Führungssystem einer Geradseitenpresse ist in der Regel präziser und steifer als das einer Spaltrahmenpresse.

Durch die Verwendung einer Presse mit Servoantrieb kann auch das Absplittern des Stempels reduziert werden, da eine Presse mit Servoantrieb im Gegensatz zu einer herkömmlichen Presse mit Kurbelantrieb den Stößel an der Stelle verlangsamen kann, an der die Schneidstempel das Blechmaterial berühren, wodurch die Stoßbelastung beim Schneiden verringert wird Abschnitte. Und im Gegensatz zu einer herkömmlichen Presse mit Kurbelantrieb steht einer Servopresse an diesem Kontaktpunkt typischerweise die volle Energie zur Verfügung, was sie zu einer idealen Maschine zum Schneiden und Umformen von Metall macht.

Denken Sie daran, dass alle in einer Presse ausgeführten Arbeiten am besten direkt unter dem Stößel und idealerweise innerhalb der Grenzen der Stößelverzahnung stattfinden. Vermeiden Sie, dass die Matrizen über die Oberfläche des Stößels und der Unterlage hinausragen, da dies höchstwahrscheinlich dazu führt, dass der Stößel kippt und sich stark durchbiegt, insbesondere wenn im überhängenden Bereich geschnitten oder geformt wird.

Und hier noch ein Tipp zum Kippen: Wenn Sie nicht sicher sind, ob Ihr Pressenstößel kippt, hüpft, springt oder ausweicht, machen Sie ein Zeitlupenvideo von der Presse und beobachten Sie es aufmerksam.

Wenn Stempelabsplitterungen auftreten, wählen Sie einen Werkzeugstahl mit hoher Schlagzähigkeit. Der beliebteste herkömmliche Werkzeugstahl mit beeindruckender Schlagzähigkeit ist S-7. Obwohl diese Art von Werkzeugstahl dazu beiträgt, Absplitterungen zu reduzieren, muss er wahrscheinlich häufig geschärft werden.

Bestimmte Sorten pulvermetallurgischer Werkzeugstähle eignen sich sehr gut für Anwendungen, die eine hohe Schlagzähigkeit erfordern. Sie bieten nicht nur die erforderliche Schlagzähigkeit, sondern auch Beständigkeit gegen abrasiven und adhäsiven Verschleiß. Bedenken Sie jedoch, dass pulvermetallurgische Werkzeugstähle etwas teuer sein können.

Der Prozess der Drahterodierbearbeitung (EDM) kann auch Stahlschäden verursachen, die zu einem vorzeitigen Stempelausfall führen können. Auf mikroskopischer Ebene sieht das Verbrennen von Draht wie ein Blitz aus, der vom Draht ausgeht und in den Werkzeugstahlabschnitt einschlägt. Durch diese Entladung entsteht ein geschmolzener Krater aus Stahllava, der aus dem Werkzeugstahlabschnitt austritt.

Im Wesentlichen schmilzt dieser Prozess luftgehärteten Werkzeugstahl, während er in Wasser getaucht wird. Durch das schnelle Abschrecken wird der Stahl an der Drahtschnittoberfläche sehr spröde. Die Verwendung eines Hautschnitts mit niedriger Stromstärke kann dazu beitragen, die Beschädigung des Werkzeugstahls zu reduzieren. Bei komplizierten drahtgebrannten Stanzungen sollte der drahtgebrannte Abschnitt nach dem Erodieren spannungsfrei gemacht werden. Dieser Vergütungsprozess – das Erhitzen des Werkzeugstahlabschnitts in einem Ofen auf etwa 50 °F unter seiner endgültigen Vergütungstemperatur – stellt die Zähigkeit der Schneidkante wieder her und behält gleichzeitig die erforderliche Härte bei.

Kantenvorbereitung . Nehmen Sie sich die Zeit, einen sehr kleinen Radius (ca. 0,002 Zoll) an der Kante Ihrer Schneidstempel zu schleifen, um zu verhindern, dass die Kante absplittert oder abbricht. Es kann helfen, den Schleifgrat einfach mit einem weichen Stück Messing zu entfernen.

Beschichtung. Werkzeugstahlbeschichtungen wie Titan und Hartmetall tragen dazu bei, Reibung und Verschleiß zu reduzieren. Durch die Beschichtung eines Schneidstempels kann dessen Lebensdauer um bis zu 500 Prozent verlängert werden. Bedenken Sie jedoch, dass das Beschichten eines Stempels seine Zähigkeit nicht erhöht; es verbessert lediglich die Verschleißfestigkeit.

Schärfung. Ganz einfach: Stempel können aufgrund einer schlechten Schärfmethode brechen. Wenn Sie die falsche Schleifscheibe verwenden und den Lochstempel während des Schleifvorgangs nicht kühl halten, kann dies zu Mikrospannungsrissen oder Wärmerissen führen. Um Probleme zu vermeiden, vermeiden Sie brennende Stempel und verwenden Sie die richtige Schleifscheibe. Eine grobkörnige Schleifscheibe mit weicher Bindung eignet sich normalerweise am besten für Stanzen aus hochwertigem Werkzeugstahl.