Что такое тепловое расширение?

Сталь растет, когда становится горячей. При штамповке этот рост вызывает проблемы.

Я изготавливаю штампы уже 18 лет. Магазины, в которых я работал, потеряли тысячи долларов из-за деталей, которые вышли из строя из-за того, что кто-то не учёл тепло. Прогрессивная матрица, работающая со скоростью 600 ударов в минуту, создает трение. Это трение повышает температуру стали пуансона и штампа. Сталь расширяется. Допуски, которые вы получили вчера, больше не являются теми допусками, которые у вас есть сегодня.

Числа

Инструментальная сталь расширяется примерно на 11–12,5 микрометров на метр на каждый градус Цельсия изменения температуры. Это звучит незначительно. На секции матрицы диаметром 200 мм повышение температуры на 30 градусов увеличивает размеры примерно на 0,07 мм. Вы только что превысили допуск на деталь, для которой требовалось ±0,05 мм.

Сталь D2, сталь A2 и большинство инструментальных сталей с воздушной-закалкой попадают в этот диапазон 11–12,5. Карбид ниже, около 5-6. Основной металл, который вы штампуете, имеет свой собственный коэффициент. Алюминий расширяется почти в два раза больше, чем сталь. Нержавеющая сталь находится где-то посередине.

Где это проявляется

Проволочная электроэрозионная обработка — это первое место, где большинство мастерских штампов видят, что тепловое расширение вызывает реальные проблемы. Диэлектрическая жидкость контролирует температуру, но заготовка все равно нагревается во время резки. Блок, размер которого утром составлял 150 000 мм, к полудню может оказаться 150,015 мм. Некоторые магазины не проводят окончательные измерения, пока деталь не остынет на ночь.

Шлифовка хуже. Колесо выделяет тепло в точке контакта. Без охлаждающей жидкости плоскошлифовальный станок может нагреть вставку штампа настолько, что расположение отверстия сместится на несколько десятых. По этой причине в операциях координатно-шлифовального станка используются системы охлаждающей жидкости-с регулируемой температурой. В лучших магазинах температура шлифовальной жидкости не превышает 1 градуса.

Во время производственного цикла матрица нагревается по предсказуемому принципу. Первые 50 деталей часто имеют другие размеры, чем детали с 500 по 1000. Опытные операторы прессов знают это. Они откажутся от первых выстрелов или отрегулируют высоту закрытия пресса после разминки.

Проблемы со сборкой штампа

Набор штампов, изготовленный при комнатной температуре, ведет себя по-другому при рабочей температуре. Держатель пуансона и башмак матрицы расширяются. Направляющие пальцы и втулки расширяются. Если материалы не совпадают, посадка меняется.

Я видел, как магазины использовали бронзовые направляющие втулки в стальных колодках, не задумываясь о температурном несоответствии. Бронза расширяется больше, чем сталь. Под воздействием тепла втулка ослабевает в отверстии. Кубик начинает ходить.

С установочными штифтами та же проблема. Дюбель со сдвигом-под углом 20 градусов становится свободным дюбелем под углом 40 градусов. Некоторые магазины для компенсации используют более плотную посадку с натягом. Другие принимают движение и контролируют его с помощью пяточных блоков.

Что работает

Магазины с регулируемой температурой-помогают. Поддержание температуры окружающей среды на уровне 20 градусов ±1 градус обеспечивает последовательность измерений. В большинстве инструментальных цехов, в которых я работал, не регулировалась температура. Вы научитесь обходить это.

Стабилизация деталей перед окончательной обработкой имеет большее значение, чем признает большинство людей. Черновая деталь, дайте ей постоять 24 часа, а затем закончите. Деталь снимает внутреннее напряжение и достигает равновесия с комнатой. Ваши окончательные размеры сохраняются.

Последовательные процедуры запуска на прессе уменьшают вариации деталей. Запустите штамп на 15 минут, прежде чем хранить детали. Сталь достигает рабочей температуры. Зазоры урегулируются.

Для штампов, которые работают при высоких температурах-высоко-скоростных режимах или при работе с тяжелыми-материалами-охлаждающие каналы, просверленные в секциях штампа, отводят тепло. Автомобильная промышленность широко использует их для операций горячей штамповки, когда заготовка подвергается температуре 900 градусов. Вода или масло циркулируют через каналы, прорезанные в торцах матрицы.

Компенсация

Некоторые дизайнеры штампов добавляют компенсацию к своим отпечаткам. Они вырезали проволочный электроэрозионный профиль на 0,01 мм меньше размера, зная, что в процессе эксплуатации деталь будет расти. Этот подход требует производственных данных. Вам нужно точно знать, насколько нагревается матрица и какой рост это вызывает.

В прогрессивных матрицах с несколькими станциями каждая станция может расширяться по-разному. Станции формования выделяют больше тепла, чем станции вырубки. Расположение полос должно учитывать кумулятивные эффекты.

Большинство магазинов не рассчитывают тепловую компенсацию. Они изготавливают штамп для печати, тестируют детали, затем определяют и корректируют, пока детали не получатся правильными. Это работает. Это занимает больше времени.

Что не работает

Игнорировать проблему не получится. Я видел, как производители штампов целыми днями решали проблему с размерами, которой оказался тепловой дрейф в шлифовальном цеху. Блок переменного тока периодически включался и выключался. Температура в помещении поднялась на 5 градусов. Каждая часть вышла разной.

Доверять КИМ без проверки комнатной температуры не получится. Координатно-измерительные машины компенсируют собственное тепловое расширение. Они не компенсируют часть, сидящую на граните.

Спешная финальная проверка не работает. Деталь, только что снятая с проволочной машины, отличается по размеру от детали, которая простояла на столе четыре часа.

Итог

Тепловое расширение – это физика. Об этом знает каждый производитель штампов. Не каждый производитель штампов планирует это. Мастерские, которые контролируют окружающую среду, стабилизируют детали и следуют последовательным процедурам, получают лучшие результаты. Мастерские, которые не тратят больше времени на настройку штампов в прессе.

Цифры есть в справочниках. Коэффициент для вашей стали находится в поиске Google. Самое сложное — это выработать привычки, которые будут учитывать тепло при каждой операции, каждый день. Спустя 18 лет мне все еще приходится напоминать себе, что нужно дать деталям остыть, прежде чем измерять их.