De wereld van deze matrijzen- en vormwinkels is rond

Voor veel werkplaatsen in de fabricage verwijst matrijs- en matrijswerk meestal naar het maken van onderdelen die asymmetrisch zijn. Onderdelen van plaatstaal hebben verschillende vormen, en spuitgegoten plastic onderdelen variëren van telefoons tot computerkasten.

In de wereld van de matrijzen- en matrijzenbouw zijn er echter heel veel onderdelen die rond zijn. Doppen, afdichtingen, pakkingen, om er maar een paar te noemen, zijn onderdelen waarvoor matrijs- en vormcomponenten nodig zijn die rond zijn.

Er is veel geschreven over het bewerken van matrijsholtes en matrijzensets voor asymmetrische onderdelen. In dit artikel ligt de focus op het maken van mal- en matrijscomponenten om de talrijke metalen en plastic onderdelen te produceren die rond zijn.

Om meer te weten te komen over deze productieniche, bezochten we Reliance Tool and Manufacturing (Elgin, Illinois). Het is een 50 jaar oude werkplaats die een specialiteit heeft ontwikkeld in harddraaien en deze gebruikt om matrijscomponenten en matrijzensets te maken die ronde producten produceren.

We spraken met Dale Schrieber, fabrieksmanager, om erachter te komen hoe Reliance heeft geprofiteerd van harde wendingen in zijn productieprocessen.

Progressieve en samengestelde sterft

Die sets bevatten een aantal componenten. Dit zijn vaak losse onderdelen die aan de boven- en onderkant van de matrijsplaten worden gemonteerd. Met dit ontwerp kunnen aanpassingen worden gemaakt aan de afzonderlijke componenten van de matrijsset in plaats van aan de hele eenheid.

In een progressieve matrijs worden spoelen van plaatstaal tussen de bovenste en onderste helften van de matrijsset gevoerd. Elke keer dat de pers sluit, wordt er een compleet onderdeel uitgeworpen aan het einde van de pers.

Een progressieve dobbelsteen kan twee, vier of zelfs 16 verschillende stations hebben om een ​​volledige stempeling te genereren. Nadat de pers een slag heeft gemaakt, wordt de spoel van het ene matrijsstation naar het volgende gevoerd. Sommige stanssets zijn ontworpen om geleidelijk een platte vorm te stempelen en de stempel vervolgens in een 3D-deel te vouwen. Dit gebeurt allemaal met één druk op één progressieve dobbelsteen.

Samengestelde matrijzen verschillen van progressieve matrijzen doordat ze met een enkele druk op de pers een compleet stempel creëren. Samengestelde matrijzen vormen, ponsen gaten en vormen het werkstuk allemaal in een enkele slag van de pers.

Net als progressieve matrijzen, worden samengestelde matrijzen ook gemaakt van componenten die op de boven- en onderplaten zijn gemonteerd. Het zijn deze componenten die Reliance vervaardigt en assembleert tot complete sets. Voor de meeste van hun klanten zijn deze componenten rond.

Waarom moeilijk draaien?

Ongeveer zes jaar geleden begon Reliance te experimenteren met hard draaien. Het idee was om de traditionele slijpbewerkingen uit te breiden met een proces dat flexibeler was en een proces dat meer onderdelen door de winkel kon doen.

Voorafgaand aan de implementatie van harddraaien, vervaardigde Reliance zijn matrijzensets en matrijscomponenten op de traditionele manier. Ze zouden het onderdeel ruw draaien en de slijpvoorraad achterlaten, vervolgens een warmtebehandeling geven en het malen afmaken.

Zoals bij elke werkplaats, is de druk om onderdelen steeds sneller te leveren de drijvende kracht achter een groot deel van de jacht op alternatieve technologie. De enige voorwaarde die afhankelijkheid werd opgelegd bij het zoeken naar nieuwe manieren om matrijzensets en matrijscomponenten te vervaardigen, was om haar klanten onderdelen te geven die net zo goed of beter waren dan die die waren geslepen.

"In het begin was onze benadering van hard draaien met vallen en opstaan", zegt Jeff Staes, die het proces van hard draaien bij Reliance ontwikkelde. "De voordelen ten opzichte van slijpen waren meteen duidelijk voor sommige van onze toepassingen."

Het meeste werk dat is bestemd voor harddraaien heeft tolerantie-eisen van 0,0005 inch. Maar met radii zo klein als 0,005 inch en de noodzaak om taps toelopende radii te mengen, heeft enkelpunts draaien duidelijke voordelen ten opzichte van slijpen. Tapers, zowel ID als OD, die nodig zijn voor diepgangshoeken en onderdeelgeometrie, kunnen ook eenvoudig worden gegenereerd op een draaicentrum.

"Proberen om een ​​kleine straal te behouden of taps toelopende delen te genereren met een slijpschijf vereist frequente uitlijning, wat het productieproces vertraagt", zegt dhr. Schrieber. "Het afslijpen van de laatste paar duizendsten is ook tijdrovend omdat de schijf vaker moet worden nagedraaid. De fijnere korrel van de afwerkschijf laadt sneller dan een voorbewerkingsschijf die de verspaningssnelheid beperkt."

Wat ze hebben geleerd

De sleutel tot succesvol harddraaien begint met zacht draaien. Voor het bereiken van consistente oppervlakteafwerkingen en maatnauwkeurigheden op geharde werkstukken is de juiste hoeveelheid materiaal nodig die over is na het voorbewerken voordat de onbewerkte plaat met warmte wordt behandeld.

Geometrische kenmerken zoals dunne wandsecties hebben vaak meer voorraad nodig voor hard draaien vanwege de neiging om lichtjes krom te trekken bij warmtebehandeling. Het idee is om de dunne secties zwaarder te maken om voldoende voorraad te hebben om dimensionale veranderingen van warmtebehandeling mogelijk te maken.

"Onze warmtebehandelaar doet goed werk om kromtrekken tot een minimum te beperken", zegt dhr. Schrieber. "Ze gebruiken keramische platen voor werkstukken met een dunne doorsnede, samen met andere technieken om maatveranderingen te beheersen. We rekken onze onderdelen zelfs op voordat we ze verzenden voor warmtebehandeling om de consistentie te controleren."

Het handhaven van dezelfde voorraadtoeslag voor hard draaien is belangrijk vanwege gereedschapsslijtage. Over het algemeen bestaat het harde draaiproces uit twee stappen:een of meer voorbewerkingsgangen gevolgd door een afwerkingsgang. Door de minste hoeveelheid materiaal op de voorbewerkingsgang te verwijderen, bespaart u productietijd, maar wat nog belangrijker is, het bespaart op het ruwe, harde gereedschap. "Ruwe, harde gereedschapsslijtage heeft invloed op de oppervlakteafwerking en grootte bij de laatste doorgang", zegt dhr. Staes.

De voorkeurssnijder voor Reliance is CBN (kubisch boornitride). Voor zeer korte runs of onderbroken sneden wordt keramiek gebruikt, maar slijt niet zo goed als CBN voor grotere productieruns.

"CBN heeft een grote veelzijdigheid", zegt dhr. Staes. Insert-selectie is echter een beperkende factor. "We ontwerpen wisselplaten en laten ze speciaal voor ons maken door onze gereedschapsleveranciers. We creëren andere wisselplaatgeometrieën door bestaande wisselplaten om te werken tot vormen die we nodig hebben", vervolgt dhr. Staes. "Er is nog niet de verscheidenheid aan wisselplaatvormen en geometrieën voor CBN, maar het wordt steeds beter."

Gereedschapstaal in de snede

Veel van het door Reliance gebruikte materiaal is A-3 en D-2 gereedschapsstaal, gehard tussen 48 en 64 Rc. CBN-wisselplaatfrezen werken goed bij deze harde draaitoepassingen.

Hoewel CBN het op een na hardste materiaal is, na diamant, kunnen inzetstukken gemaakt met CBN kwetsbaar zijn. Sommige draaiprocessen moeten worden gewijzigd ten opzichte van wat als conventioneel wordt beschouwd om deze kwetsbaarheid mogelijk te maken.

In het algemeen wordt een CBN-inzetstuk gemaakt door hardsolderen of anderszins verbinden van een voorgevormde rand van CBN-materiaal aan een carbidesubstraat. Deze verbinding is meestal het zwakke punt van de snijplotter.

Matrijs- en matrijscomponenten moeten een hoge maatnauwkeurigheid en een uitstekende oppervlakteafwerking hebben. Om deze doelen met hard draaien te bereiken, heeft dhr. Staes een aantal richtlijnen ontwikkeld.

"De snijrichting in een schouder op een OD of ID kan een factor zijn als nauwe toleranties op de diepte en wandafwerking vereist zijn", zegt hij. "In plaats van in het gezicht te komen van de ID of OD, is het beter om eerst de muur naar beneden te richten om overtollig materiaal te verwijderen. Laat tussen 0,0005 en 0,0010 inch voorraad over voor een afwerkingspas.

"Als de voorbewerkingsgang voltooid is en het grootste deel van het materiaal is verwijderd, kan de afwerklaag vervolgens in de muur worden gemaakt. Het verwijderen van de resterende 0,0010 inch of minder van metaal zorgt voor een lagere gereedschapsdruk op de wisselplaat, vooral als een klein gereedschap met een schuine hoek geometrie wordt gebruikt", zegt dhr. Staes.

Bij kotterbewerkingen is de harthoogte van de wisselplaat een kritische factor voor het succesvol vasthouden van maat en afwerking. Als de baar buigt, kan de snijkant onder de middellijn vallen, wat resulteert in een kortere standtijd en een slechte afwerking. De heer Staes beveelt volhardmetalen kotterbaren aan voor hard draaien. "Ze zullen het buigprobleem verminderen en een grotere dieptecapaciteit geven", zegt hij.

Overwegingen met betrekking tot temperatuur en werkhouding

Tegen de tijd dat een werkstuk hard wordt gedraaid, is de waarde ervan aanzienlijk toegenomen. Geaccumuleerde kosten omvatten materiaal, ruwe bewerkingstijd en warmtebehandeling. Dit is absoluut geen tijd om zo'n onderdeel te schrappen.

Als meneer Staes deze stukken draait, houdt hij het gereedschap graag in de gaten, zeker bij het gebruik van CBN. Sommige toepassingen kunnen droog worden gesneden, maar andere worden nadelig beïnvloed door verhoogde temperaturen van het bewerkingsproces. Om dit onder controle te houden en toch een duidelijk zicht op de werkzone te bieden, gebruikt Reliance winkellucht of een koudeluchtpistool om de onderdeeltemperatuur te handhaven.

Werkstukopspanning is een andere overweging voor het maken van ronde matrijs- en matrijscomponenten. Rondheid is een kritische dimensie voor veel van deze onderdelen, die vaak erg dunwandig zijn.

"We gebruiken een zes-inch handmatige drie-klauwplaat die wordt vastgehouden door de hydraulische boorkop die op het draaicentrum is gemonteerd", zegt dhr. Staes. "De zachte kaken op de handmatige boorkop zijn op de machine geboord binnen een concentriciteit van 0,0005 inch."

Inspectietechnieken

Veel van het werk aan matrijs- en matrijscomponenten dat Reliance doet, is relatief eenvoudig te inspecteren op maatnauwkeurigheid en oppervlakteafwerking. Ze beschikken over alle benodigde inspectieapparatuur, documentatie en traceerbaarheidstechnieken om in aanmerking te komen voor ANSI/ASQC Q9001-1994 en ISO 9000.

Maar sommige van de geproduceerde werkstukken zijn niet zo eenvoudig te meten. Reliance heeft een interessante techniek ontwikkeld om verborgen kenmerken in ID's en andere moeilijk bereikbare plaatsen op een werkstuk te verifiëren.

"Voor ID- en OD-formulieren sneden we regelmatig een stuk doormidden om de kenmerken te controleren", zegt dhr. Schrieber. "Nu gebruiken we tandheelkundig materiaal [een vinylpolysiliconen met hoge viscositeit] om een ​​indruk van het kenmerk te maken. Dat materiaal wordt vervolgens gecontroleerd op een optische comparator. Het is een techniek die goed voor ons heeft gewerkt en die zeer nauwkeurig is als deze correct wordt uitgevoerd."

Job-Shop-partnerschap

Reliance heeft een indrukwekkende reputatie opgebouwd voor het vervaardigen van ronde vorm- en matrijscomponenten. "Veel van onze beste klanten zijn andere gereedschapswinkels die onze expertise nodig hebben bij het produceren van ronde onderdelen", zegt dhr. Schrieber. "Vooral als er een toepassing langskomt die moeilijk te slijpen is. We krijgen veel opdrachten voor hard draaien."

Noem het samenwerken of specialiseren, winkels die elkaar ooit als concurrenten beschouwden, werken samen om goede onderdelen aan klanten te leveren. Het is een trend in de exploitatie van contractwinkels die de realiteit van de huidige productieomgeving weerspiegelt.

Winkels zoals Reliance bieden gespecialiseerde diensten aan andere jobshops die die specialiteiten nodig hebben. Evenzo, wanneer Reliance een procesprobleem tegenkomt dat buiten zijn mogelijkheden ligt, zal het hulp van andere winkels inroepen.

Het standaardiseren van procesdocumentatie met behulp van ISO 9000-technieken en andere helpt winkels om samen zaken te doen. Door de procesdocumentatie te bekijken is het snel duidelijk of een winkel kan doen wat hij zegt
kan doen.

Resultaten

Reliance staat, net als de meeste andere jobshops, onder extreme druk van zijn klanten om de doorlooptijden te verkorten. Deze druk wordt gegenereerd door verkorte productlevenscycli en continue verbeteringsprogramma's binnen deze bedrijven.

Naast het maken van matrijssets en matrijscomponenten voor andere bedrijven, heeft Reliance een mooi eigen fabricagebedrijf. Ze maken zelf talloze stempels.

"Door hard te draaien hebben we de leveringen aan onze klanten teruggebracht van gemiddeld 16 tot 18 weken tot zes", zegt dhr. Schrieber. "Het heeft ons ook zaken opgeleverd van andere matrijzen- en matrijzenwinkels die niet over de expertise op het gebied van draaien beschikken, maar die de voordelen zien van hard draaien bij slijpen voor sommige toepassingen.

"Onze eigen stempeloperatie is in feite een bètatestsite geworden voor nieuwe processen en technieken. We proberen ze zelf voordat we ze op de toepassing van een klant proberen", voegt de heer Schrieber toe.

Voor Reliance lijkt hard draaien te werken. De omzet is met 44 procent gestegen, het klantenbestand breidt zich uit en voor de komende jaren wordt een groei van tussen de 15 en 20 procent verwacht.