Expert Matrijs & Vorm Shops voor Precieze Ronde Componenten

Voor veel contractwinkels in de productie verwijst matrijs- en vormwerk meestal naar het maken van onderdelen die asymmetrisch zijn. Bladmetaalcomponenten zijn van diverse vormen, en gespruiten kunststofonderdelen variëren van telefoons tot computerkasten.

Er zijn echter, in de wereld van matrijs- en vormmaken, een groot aantal onderdelen die rond zijn. Kappen, afdichtingen, pakkingen, om er maar een paar te noemen, zijn onderdelen die matrijs- en vormcomponenten vereisen die rond zijn.

Er is veel geschreven over het bewerken van vormkaviteiten en matrijsstellen voor asymmetrische onderdelen. In dit artikel ligt de focus op hard draaien toegepast op het maken van matrijs- en vormcomponenten om de talrijke metaal- en kunststofonderdelen te produceren die rond zijn.

Om meer te weten te komen over deze productienische, bezochten we Reliance Tool and Manufacturing (Elgin, Illinois). Het is een 50-jarig contractbedrijf dat een specialiteit heeft ontwikkeld in hard draaien en het gebruikt om matrijscomponenten en matrijsstellen te maken die ronde producten produceren.

We spraken met Dale Schrieber, fabrieksmanager, om te ontdekken hoe Reliance heeft gebaat bij hard draaien in zijn productieprocessen.

Progressieve en Samengestelde Matrijzen

Matrijsstellen omvatten een aantal componenten. Dit zijn vaak individuele onderdelen die gemonteerd zijn aan de boven- en onderkant van de matrijsplaten. Dit ontwerp stelt aanpassingen toe op de individuele componenten van de matrijsset in plaats van op de hele eenheid.

In een progressieve matrijs, worden rollen bladmetaal gevoerd tussen de boven- en onderhelft van de matrijsset. Elke keer dat de pers sluit, wordt een compleet onderdeel aan het eind van de pers uitgegooid.

Een progressieve matrijs kan twee, vier of zelfs 16 verschillende stations hebben om een complete afstamping te genereren. Nadat de pers een slag voltooit, voedt de rol van de ene matrijsstation naar de volgende. Sommige matrijsstellen zijn ontworpen om progressief een vlakke vorm af te stampen en vervolgens de afstamping in een 3D onderdeel te vouwen. Dit wordt allemaal in één pers op één progressieve matrijs gedaan.

Samengestelde matrijzen verschillen van progressieven doordat ze een complete afstamping maken met een enkele slag van de pers. Samengestelde matrijzen zullen vormgeven, gaten punchen en het werkstuk vormgeven 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 gemonteerd zijn. Het zijn deze componenten die Reliance produceert en in complete sets assembleert. Voor de meeste van hun klanten zijn deze componenten rond.

Waarom Hard Draaien?

Ongeveer zes jaar geleden begon Reliance te experimenteren met hard draaien. Het idee was om de traditionele slijpoperaties te versterken met een proces dat flexibeler was en dat meer onderdelen door de winkel kon laten lopen.

Voordat hard draaien geïmplementeerd werd, produceerde Reliance zijn matrijsstellen en vormcomponenten op de traditionele manier. Ze zouden het onderdeel ruw draaien met slijpvoorraad achterlatend, dan warmtebehandelen en afwerken slijpen.

Als elke contractwinkel, drukken om onderdelen sneller te leveren, drijven veel van de zoektocht naar alternatieve technologie. De enige voorwaarde die Reliance oplegde aan het bekijken van nieuwe manieren om matrijsstellen en vormcomponenten te produceren was om zijn klanten onderdelen te geven die zo goed of beter waren dan die die waren geschoven.

"Aanvankelijk was onze aanpak van hard draaien proberen en fouten," zegt Jeff Staes, die het hard draaiproces bij Reliance ontwikkelde. "De voordelen ten opzichte van slijpen waren onmiddellijk duidelijk voor enkele van onze toepassingen."

Het meeste werk dat voor hard draaien bestemd is, heeft tolerantievereisten van 0,0005 inch. Maar met stralen zo klein als 0,005 inch en de noodzaak om kegels naadloos in stralen over te laten lopen, heeft enkelpunt draaien duidelijke voordelen ten opzichte van slijpen. Kegels, zowel ID als OD, die nodig zijn voor uittrekkingshoken en onderdeelgeometrie, worden ook gemakkelijk gegenereerd op een draaicentrum.

"Proberen een minuscule straal te behouden of kegels te genereren met een slijpwiel vereist frequente afstellen – wat het productieproces vertraagt," zegt mnr. Schrieber. "Afwerkenslijpen van de laatste paar duizendsten is ook tijdrovend omdat het wiel vaker afgesteld moet worden. De fijner korrel van het afwerkwiel laadt sneller dan een ruw slijpwiel wat metaalverwijderingssnelheden beperkt."

Wat Ze Hebben Geleerd

De sleutel tot succesvol hard draaien begint met zacht draaien. Het bereiken van consistente oppervlakteafwerkingen en dimensionale nauwkeurigheden op geharde werkstukken vereist de juiste hoeveelheid voorraad die overblijft na ruw draaien voor het warmtebehandelen van de blank.

Geometrische kenmerken zoals dunne wandsecties hebben vaak meer voorraad nodig voor hard draaien vanwege de neiging om iets te vervormen tijdens warmtebehandeling. Het idee is om de dunne secties op te dikken om genoeg voorraad te hebben voor dimensionale veranderingen door warmtebehandeling.

"Onze warmtebehandelaar doet een goed werk om vervorming te minimaliseren," zegt mnr. Schrieber. "Ze gebruiken keramische platen voor dunne dwarsdoorsnede werkstukken samen met andere technieken om dimensionale verandering te controleren. We rekken onze onderdelen zelfs op voordat we ze voor warmtebehandeling versturen om consistentie te controleren."

Het behouden van dezelfde voorraadvoor hard draaien is belangrijk vanwege gereedschapsvertering. Over het algemeen is het hard draaiproces twee stappen: een of meer ruwpasses gevolgd door een afwerkpass. Het verwijderen van de minst hoeveelheid voorraad op de ruwpass bespaart productietijd maar belangrijker, het bespaart op het ruwe hard-draaigereedschap. "Ruwe, hard-draai gereedschapsvertering zal de oppervlakteafwerking en maat op de finale pas beïnvloeden," zegt mnr. Staes.

Het gereedschap van keuze voor Reliance is CBN (kubisch boornitride). Voor heel korte series of onderbroken sneden worden keramieken gebruikt, maar die versleten niet zo goed als CBN voor grotere productieseries.

"CBN heeft grote veelzijdigheid," zegt mnr. Staes. Invoergereedschapselectie is een beperkende factor. "We ontwerpen invoergereedschappen en laten ze speciaal voor ons maken door onze gereedschapsleveranciers. We creëren andere invoergeometrieën door bestaande invoergereedschappen in de vorm te brengen die we nodig hebben," vervolgt mnr. Staes. "Er is nog niet de verscheidenheid aan invoervormen en geometrieën voor CBN – maar het wordt beter."

Tool Staal In De Snede

Veel van het materiaal dat door Reliance gebruikt wordt, is A-3 en D-2 toolstaal gehard tussen 48 en 64 HRC. CBN invoergereedschappen werken goed op deze hard draai toepassingen.

Hoewel CBN het tweede hardste materiaal is, na diamant, kunnen invoergereedschappen gemaakt met CBN kwetsbaar zijn. Sommige draaiprocessen moeten gewijzigd worden van wat conventioneel wordt beschouwd om rekening te houden met deze kwetsbaarheid.

In het algemeen wordt een CBN invoergereedschap gemaakt door het braseren of op andere wijze verbinden van een voorgevormde rand van CBN materiaal aan een carbide substraat. Deze verbinding neigt het zwakke punt voor het gereedschap te zijn.

Matrijs- en vormcomponenten moeten een hoge dimensionale nauwkeurheid en uitstekende oppervlakteafwerking hebben. Om deze doelen te bereiken met hard draaien, heeft mnr. Staes een paar richtlijnen ontwikkeld.

"De snijrichting in een schouder op een OD of ID kan een factor zijn als nauwe tolerantie op de diepte en wandafwerking vereist is," zegt hij. "In plaats van binnen te komen aan het gezicht vanaf de ID of OD, is het beter om eerst de wand af te draaien om overmatig materiaal te verwijderen. Laat tussen 0,0005 en 0,0010 inch voorraad voor een afwerkpas.

"Met de ruwpas voltooid en het grootste deel van de voorraad verwijderd, kan de afwerkpas dan in de wand gemaakt worden. Het verwijderen van de resterende 0,0010 inch of minder metaal zet lagere gereedschapsdruk op het invoergereedschap, met name als een kleine, lead-hoek gereedschapsgeometrie gebruikt wordt," zegt mnr. Staes.

Bij booroperaties is de centrumhoogte van het invoergereedschap een cruciale factor voor het succesvol houden van maat en afwerking. Als de boorbuis buigt, kan het de snijrand onder de centrumlijn laten zakken, wat resulteert in kortere gereedschapslevensduur en slechte afwerking. Meneer Staes adviseert massieve carbide boorstaven voor hard draaien. "Ze zullen het buigingsprobleem reduceren en grotere diepgangcapaciteit geven," zegt hij.

Temperatuur en Werkhouder Overwegingen

Op het moment dat een werkstuk hard gedraaid wordt, is de waarde ervan aanzienlijk toegenomen. Geaccumeerde kosten omvatten materiaal, ruw bewerkingstijd, en warmtebehandeling. Dit is zeker geen moment om zo'n onderdeel te schrotten.

Wanneer mnr. Staes deze stukken draait, houdt hij graag de gereedschappen in de gaten, vooral bij gebruik van CBN. Sommige toepassingen kunnen droog gesneden worden, maar andere worden nadelig beïnvloed door verhoogde temperaturen van het bewerkingsproces. Om dit te controleren, terwijl nog steeds duidelijk zicht op de werkkamer wordt toegestaan, gebruikt Reliance winkel lucht of een koude lucht pistool om de onderdeeltemperatuur te handhaven.

Werkhouden is een andere overweging voor het maken van ronde matrijs- en vormcomponenten. Rondheid is een kritieke dimensie voor veel van deze onderdelen, die vaak zeer dunwandig zijn.

"We gebruiken een zes-inch handmatige drie-klauw klem vastgehouden door de hydraulische klem die op het draaicentrum gemonteerd is," zegt mnr. Staes. "De zachte klemmen op de handmatige klem worden op de machine geboord binnen 0,0005-inch concentriciteit."

Inspectietechnieken

Veel van het matrijs- en vormcomponentwerk dat Reliance doet is relatief gemakkelijk te inspecteren op dimensionale nauwkeurigheid en oppervlakteafwerking. Ze hebben alle benodigde inspectieapparatuur, documentatie en traceerbaarheidstechnieken op de juiste plek om te kwalificeren voor ANSI/ASQC Q9001-1994 en ISO 9000.

Maar sommige van de geproduceerde werkstukken zijn niet zo gemakkelijk te meten. Reliance heeft een interessante techniek ontwikkeld om verborgen kenmerken in IDs en andere moeilijk bereikbare plekken op een werkstuk te verifiëren.

"Voor ID en OD vormen, hebben we vroeger periodiek een stuk in twee gesneden om de kenmerken te controleren," zegt mnr. Schrieber. "Nu gebruiken we tandheelkundig materiaal [een hoge viscositeit vinyl polysiloxaan] om een afdruk van het kenmerk te nemen. Dat materiaal wordt dan gecontroleerd op een optische comparator. Het is een techniek die goed voor ons heeft gewerkt en heel nauwkeurig is wanneer correct uitgevoerd."

Contractwinkel Partnerschap

Reliance heeft een indrukwekkende reputatie opgebouwd voor het produceren van ronde matrijs- en vormcomponenten. "Veel van onze beste klanten zijn andere gereedschapswinkels die onze expertise nodig hebben in het produceren van ronde onderdelen," zegt mnr. Schrieber. "Vooral als een toepassing die moeilijk te slijpen is, voorbijkomt. We krijgen veel werk voor hard draaien."

Noem het partnerschap of specialiseren, winkels die elkaar eens als concurrenten zouden hebben beschouwd, werken samen om goede onderdelen aan klanten te leveren. Het is een trend in contractwinkel operatie die de realiteiten van de hedendaagse productieomgeving weerspiegelt.

Winkels als Reliance bieden gespecialiseerde diensten aan aan andere contractwinkels die die specialiteiten nodig hebben. Ook wanneer Reliance tegen een procesprobleem aanloopt buiten zijn capaciteit, zal het hulp inroepen bij andere winkels.

Het standaardiseren van procesdocumentatie met ISO 9000 technieken en anderen helpt winkels samen zakendoen. Het is direct duidelijk door procesdocumentatie te herzien of een winkel kan doen wat het beweert te kunnen doen.

Resultaten

Reliance, als bijna elke andere contractwinkel, staat onder extreme druk van zijn klanten om levertijden te reduceren. Deze druk wordt gegenereerd door verkorte productlevenscycli en continue verbeteringsprogramma's binnen deze bedrijven.

Naast het maken van matrijsstellen en vormcomponenten voor andere bedrijven, heeft Reliance een mooie in-house fabricagebusiness. Ze maken talrijke afstampingen van hun eigen.

"Hard draaien heeft ons geholpen leveringen aan onze klanten te reduceren van een gemiddelde van 16 tot 18 weken tot zes," zegt mnr. Schrieber. "Het heeft ons ook werk opgeleverd van andere matrijs- en vormwinkels die de draaiexpertise niet hebben maar de voordelen van hard draaien ten opzichte van slijpen voor sommige toepassingen zien.

"Onze eigen afstampingsoperatie is in feite een beta-test site voor nieuwe processen en technieken. We proberen ze zelf uit voordat we ze op een klantoepassing proberen," voegt mnr. Schrieber toe.

Voor Reliance lijkt hard draaien te werken. Verkoop is met 44 procent gestegen, de klantenbasis breidt uit, en groei wordt verwacht over de komende paar jaar tussen 15 en 20 procent.