Cos'è la dilatazione termica?
L'acciaio cresce quando fa caldo. Nel lavoro con stampi, questa crescita causa problemi.
Costruisco stampi da 18 anni. I negozi in cui ho lavorato hanno perso migliaia di dollari a causa di pezzi usciti male perché qualcuno non ha tenuto conto del calore. Uno stampo progressivo che gira a 600 colpi al minuto genera attrito. Questo attrito aumenta la temperatura del punzone e dell'acciaio della matrice. L'acciaio si espande. Le distanze che hai messo a terra ieri non sono più le distanze che hai oggi.
I numeri
L'acciaio per utensili si espande di circa 11-12,5 micrometri per metro per ogni grado Celsius di variazione di temperatura. Sembra piccolo. Su una sezione dello stampo da 200 mm, un aumento di temperatura di 30 gradi aggiunge circa 0,07 mm alle dimensioni. Hai semplicemente superato la tolleranza su una parte che necessitava di ±0,05 mm.
L'acciaio D2, l'acciaio A2 e la maggior parte degli acciai per utensili-temprabili in aria rientrano nell'intervallo 11-12,5. Il carburo è inferiore, intorno a 5-6. Il metallo base che stai stampando ha il suo coefficiente. L’alluminio si espande quasi il doppio dell’acciaio. L'acciaio inossidabile si trova da qualche parte nel mezzo.
Dove si presenta
L'elettroerosione a filo è il primo luogo in cui la maggior parte dei produttori di stampi vede l'espansione termica causare seri problemi. Il fluido dielettrico controlla la temperatura, ma il pezzo si riscalda comunque durante il taglio. Un blocco che misurava 150.000 mm al mattino potrebbe leggere 150.015 mm nel pomeriggio. Alcuni negozi non effettueranno le misurazioni finali finché la parte non sarà rimasta ferma durante la notte.
La macinazione è peggio. La ruota genera calore nel punto di contatto. Senza liquido di raffreddamento, una smerigliatrice di superficie può immettere abbastanza calore nell'inserto dello stampo da eliminare la posizione del foro di diversi decimi. Per questo motivo, le operazioni di rettifica delle maschere utilizzano sistemi di raffreddamento-a temperatura controllata. I negozi migliori mantengono il liquido di macinazione entro 1 grado.
Durante i cicli di produzione, lo stampo si riscalda secondo uno schema prevedibile. I primi 50 pezzi mostrano spesso dimensioni diverse rispetto ai pezzi da 500 a 1000. Gli operatori di stampa esperti lo sanno. Scarteranno i primi colpi o regoleranno l'altezza di chiusura della pressa dopo il riscaldamento.
Problemi di assemblaggio dello stampo
Un set di stampi costruito a temperatura ambiente si comporta diversamente alla temperatura di esercizio. Il supporto del punzone e il pattino della matrice si espandono. I perni guida e le boccole si espandono. Se i materiali non corrispondono, la vestibilità cambia.
Ho visto negozi utilizzare boccole di guida in bronzo in pattini in acciaio senza pensare al disadattamento termico. Il bronzo si espande più dell'acciaio. Sotto calore, la boccola si allenta nel foro. Il dado inizia a camminare.
I perni di centraggio presentano un problema simile. Un tassello scorrevole-a 20 gradi diventa un tassello allentato a 40 gradi. Alcuni negozi utilizzano un adattamento di interferenza più stretto per compensare. Altri accettano il movimento e lo controllano con i blocchi del tallone.
Cosa funziona
I negozi a temperatura-controllata aiutano. Mantenere la temperatura ambientale a 20 gradi ±1 grado rende la misurazione coerente. La maggior parte delle stanze degli attrezzi in cui ho lavorato non erano a temperatura controllata. Impari ad aggirare il problema.
Lasciare che le parti si stabilizzino prima della lavorazione finale è più importante di quanto la maggior parte delle persone ammetta. Sgrossare una parte, lasciarla riposare 24 ore, poi rifinirla. La parte allevia lo stress interno e raggiunge l'equilibrio con la stanza. Le tue dimensioni finali reggono.
Procedure di avvio coerenti sulla macchina da stampa riducono la variazione dei pezzi. Eseguire lo stampo per 15 minuti prima di conservare le parti. L'acciaio raggiunge la temperatura di esercizio. Le autorizzazioni si sistemano.
Per gli stampi che eseguono applicazioni a caldo-ad alta-velocità o materiali-di grosso spessore-i canali di raffreddamento praticati attraverso le sezioni dello stampo assorbono il calore. L'industria automobilistica li utilizza ampiamente per operazioni di stampaggio a caldo in cui il pezzo grezzo arriva a 900 gradi. L'acqua o l'olio circolano attraverso passaggi ricavati nelle facce dello stampo.
Compensazione
Alcuni designer di stampi aggiungono un compenso alle loro stampe. Hanno tagliato il profilo per elettroerosione a filo sottodimensionato di 0,01 mm sapendo che la parte crescerà durante l'uso. Questo approccio richiede dati di produzione. È necessario sapere esattamente quanto diventa caldo il dado e quanta crescita provoca.
Sugli stampi progressivi con più stazioni, ciascuna stazione può espandersi in modo diverso. Le stazioni di formatura generano più calore delle stazioni di tranciatura. Il layout della striscia deve tenere conto degli effetti cumulativi.
La maggior parte dei negozi non calcola la compensazione termica. Costruiscono lo stampo per stampare, eseguono parti di prova, quindi individuano e regolano finché le parti non escono correttamente. Funziona. Ci vuole più tempo.
Cosa non funziona
Ignorare il problema non funziona. Ho visto i produttori di stampi trascorrere giorni interi alla ricerca di un problema dimensionale che si è rivelato essere una deriva termica nella sala di rettifica. L'unità AC si accende e si spegne. La temperatura della stanza oscillava di 5 gradi. Ogni parte è risultata diversa.
Affidarsi alla CMM senza controllare la temperatura ambiente non funziona. Le macchine di misura a coordinate compensano la propria dilatazione termica. Non compensano la parte seduta sul granito.
Un'ispezione finale affrettata non funziona. Una parte appena uscita dalla macchina a filo non ha le stesse dimensioni di una parte rimasta sul banco per quattro ore.
La linea di fondo
La dilatazione termica è fisica. Ogni produttore di stampi lo sa. Non tutti i produttori di stampi lo pianificano. Le officine che controllano il proprio ambiente, stabilizzano le parti e seguono procedure coerenti ottengono risultati migliori. I negozi che non dedicano più tempo agli aggiustamenti muoiono sulla stampa.
I numeri sono nei manuali. Il coefficiente per il tuo acciaio è una ricerca su Google. La parte difficile è costruire abitudini che tengano conto del calore in ogni operazione, ogni giorno. Dopo 18 anni, devo ancora ricordarmi di lasciare raffreddare le parti prima di misurarle.