熱膨張とは何ですか?

鋼は高温になると成長します。プレス金型の加工では、この成長が問題の原因となります。

私は18年間金型を作り続けてきました。私が働いたことのある店では、誰かが熱を考慮していなかったために、部品が間違っていたために数千ドルを失いました。毎分 600 ストロークで稼働する順送金型により摩擦が発生します。この摩擦により、パンチとダイス鋼の温度が上昇します。鋼材は膨張します。昨日確保したクリアランスは、今日はもう存在しません。

数字

工具鋼は、温度が 1 度変化するたびに、1 メートルあたり約 11 ～ 12.5 マイクロメートルで膨張します。それは小さいように聞こえます。 200 mm のダイ セクションでは、温度が 30 度上昇すると、寸法は約 0.07 mm 増加します。 ±0.05mmが必要な部品で公差を超えてしまいました。

D2 鋼、A2 鋼、およびほとんどの空気硬化工具鋼は、この 11～12.5 の範囲に収まります。-超硬はそれより低く、5～6程度です。スタンプする母材には独自の係数があります。アルミニウムは鋼鉄のほぼ2倍に膨張します。ステンレスはその中間に位置します。

どこに現れるか

ワイヤ放電加工は、ほとんどの金型ショップが熱膨張が実際の問題を引き起こす最初の場所であると考えています。誘電性流体は温度を制御しますが、切断中にワークピースは依然として加熱されます。午前中に測定されたブロックの寸法が 150.000 mm だったとしても、午後には 150.015 mm になる可能性があります。一部のショップでは、部品が一晩放置されるまで最終的な測定を行いません。

研ぎはさらに悪くなります。ホイールは接触点で熱を発生します。フラッドクーラントがないと、平面研削盤はダイインサートに十分な熱を加えて穴の位置を数十分の 1 まで狂わせる可能性があります。このため、ジグの研削作業には温度制御された冷却システムが使用されます。-良いお店は研削液を1度以内に保っています。

生産の実行中、ダイは予測可能なパターンで加熱されます。最初の 50 個の部品は、500 ～ 1000 個の部品とは異なる寸法を示すことがよくあります。経験豊富なプレス オペレーターはこれを知っています。彼らは最初のショットを廃棄するか、ウォームアップ後にプレスシャットの高さを調整します。

金型の組み立ての問題

室温で構築されたダイセットは、動作温度では異なる動作をします。パンチホルダーとダイシューが拡張します。ガイドピンとブッシュが拡張します。素材が合わないとフィット感も変わってしまいます。

熱の不一致を考慮せずに、スチールシューに青銅のガイドブッシュを使用しているショップを見たことがあります。青銅は鋼よりも膨張します。熱がかかると、ブッシュがボア内で緩みます。ダイは歩き始めます。

ノックピンにも同様の問題があります。 20 度の滑りフィットダボは、40 度の緩いダボになります。-一部のショップでは、それを補うためによりきつい締まりばめを使用しています。動きを受け入れてヒールブロックでコントロールする人もいます。

何が機能するか

温度管理されたショップが役に立ちます。-周囲温度を20度±1度に保つことで、測定が安定します。私が働いた工具室のほとんどは温度管理されていませんでした。それを回避する方法を学びます。

最終加工の前に部品を安定させることは、ほとんどの人が認めている以上に重要です。パーツを大まかにし、24時間放置してから仕上げます。この部分は内部応力を緩和し、部屋との平衡状態に達します。最終的な寸法は保持されます。

プレスの一貫した起動手順により、部品のばらつきが減少します。部品を保管する前に、金型を 15 分間回転させます。鋼材は動作温度に達します。クリアランスが落ち着きます。

高温の-高速-アプリケーションや重い-ゲージの材料-を実行するダイの場合、ダイのセクションに開けられた冷却チャネルが熱を逃がします。自動車産業では、ブランクを 900 度で押し込むホット スタンピング作業にこれらを広く使用しています。水または油は、ダイ面に機械加工された通路を循環します。

補償

一部の金型設計者は、プリントに補正を追加します。彼らは、使用中に部品が成長することを考慮して、ワイヤ EDM プロファイルを 0.01 mm 小さめにカットしました。このアプローチには実稼働データが必要です。ダイがどのくらい熱くなるか、そしてそれによってどの程度の成長が生じるかを正確に知る必要があります。

複数のステーションを備えた順送ダイでは、各ステーションの拡張方法が異なる場合があります。成形ステーションはブランキング ステーションよりも多くの熱を発生します。ストリップのレイアウトでは、累積的な効果を考慮する必要があります。

ほとんどのショップでは熱補償を計算していません。彼らは印刷するためのダイを構築し、テスト部品を実行し、部品が正しく出力されるまでスポットを当てて調整します。これは機能します。もっと時間がかかります。

うまくいかないこと

問題を無視してもうまくいきません。私は、金型メーカーが研削室内の熱ドリフトであることが判明した寸法の問題に何日も費やして取り組んでいるのを見てきました。 AC ユニットがオンとオフを繰り返しました。室温が5度変化しました。パーツごとに違うものが出来上がりました。

室温をチェックせずに CMM を信頼しても機能しません。三次元測定機は、それ自体の熱膨張を補正します。花崗岩の上にある部分は補償されません。

最終検査を急いでもうまくいきません。ワイヤーマシンから出たばかりの部品は、ベンチに 4 時間放置された部品と同じサイズではありません。

結論

熱膨張は物理学です。金型メーカーなら誰でも知っています。すべての金型メーカーがそれを計画しているわけではありません。環境を管理し、部品を安定させ、一貫した手順に従っているショップは、より良い結果をもたらします。プレス機の金型の調整にあまり時間をかけないショップ。

数字はハンドブックに載っています。あなたの鋼材の係数は Google で検索できます。難しいのは、毎日のあらゆる操作で熱を考慮する習慣を身に付けることです。 18 年経った今でも、部品を測定する前に部品を冷やすことを自分に言い聞かせています。