Węglikowe wkładki matrycowe i stemple: z łbem lub proste, z zatrzymywaniem odpadu lub niezapychające się — co określić w specyfikacji

· Vanguard Carbide

Standardowe wykonania wkładek matrycowych i stempli z węglika spiekanego, ich przeznaczenie, tolerancje publikowane w katalogach oraz lista kontrolna do przesłania przy zamawianiu części z węglika spiekanego lub jej półfabrykatu.

Krótka odpowiedź

Matryce z węglika spiekanego (wkładki matrycowe, matryce) oraz stemple z węglika spiekanego występują w niewielu standardowych wykonaniach: z główką lub proste, a w przypadku matryc do wkładek — gładkie, z zatrzymywaniem odpadu lub niezapychające się. Wykonanie decyduje o tym, które wymiary mają ciasne tolerancje, które elementy konstrukcyjne trzeba obrobić w węgliku spiekanym i jak część osadza się w matrycy.

Jeśli zamawiają Państwo część z węglika spiekanego — gotową wkładkę lub półfabrykat do samodzielnego wykończenia — dostawca musi znać nie tylko wymiar, lecz także wykonanie. W tym artykule omówiono wykonania na podstawie opublikowanych danych katalogowych i dwóch artykułów o wykonywaniu matryc, a na końcu podano listę kontrolną elementów, które należy określić w zamówieniu.

Wkładki matrycowe z łbem i proste

ISO 8977:2003 określa podstawowe wymiary i tolerancje matryc bez główki i z główką (matryc do wkładek) o średnicach zewnętrznych od 5 do 50 mm. Jej wymiary są dopasowane do stempli wykonanych zgodnie z ISO 8020. Norma została ostatnio przejrzana i potwierdzona w 2025 r.

Wkładka z główką ma na górze kołnierz, który zwykle osadza się w pogłębieniu płyty matrycowej. Wkładka prosta (bez główki) to zwykły walec wciskany w płytę. W obu przypadkach średnica zewnętrzna jest pasowana na wcisk i szlifowana z dokładnością do kilku mikrometrów.

Na przykład jeden z dużych dostawców katalogowych wymienia swoje matryce z węglika spiekanego do wkładek matrycowych z tolerancją trzpienia m5 dla typów z główką i n5 dla typów prostych albo z tolerancją wyłącznie dodatnią od 0 do +0,005 mm, w gatunku węglika spiekanego HIP o twardości 87–88 HRA. W tym samym katalogu standardowa tolerancja długości całkowitej wynosi od +0,2 do +0,4 mm, przy czym ciaśniejsze tolerancje długości są dostępne jako opcje. Wkładki z główką można zamawiać z jedną lub dwiema płaszczyznami pod klucz na główce. Otwór kształtowy (nieokrągły) musi być zorientowany zgodnie ze stemplem, a płaszczyzna na główce to jeden ze sposobów zorientowania wkładki.

Średnica trzpieniam5 (z główką)n5 (proste)
3 mmod +0,002 do +0,006 mmod +0,004 do +0,008 mm
4 i 5 mmod +0,004 do +0,009 mmod +0,008 do +0,013 mm
8 i 10 mmod +0,006 do +0,012 mmod +0,010 do +0,016 mm

Najważniejsze przy zamawianiu: średnica zewnętrzna, otwór i długość to wymiary objęte tolerancjami. Jeśli kupują Państwo półfabrykat do samodzielnego wykończenia, należy wskazać, które z nich będą Państwo szlifować, aby półfabrykat pozostawił naddatek na tych powierzchniach.

Wkładki gładkie, z zatrzymywaniem odpadu i niezapychające się:

Różne typy wkładek matrycowych istnieją głównie z powodu podciągania odpadu. Jak wyjaśnia Art Hedrick w The Fabricator, podciąganie odpadu polega na tym, że odpad (wycinek) przykleja się do czoła stempla podczas wycofywania i wydostaje się z powrotem z wkładki matrycowej. Podciągnięty odpad może uszkodzić części i matryce, a uwięzione powietrze tworzące kieszeń próżniową pod czołem stempla jest istotną przyczyną.

Opisane w tym artykule rozwiązania obejmują otwory odpowietrzające i sprężynowe sworznie wyrzucające w stemplu, mniejszy luz między stemplem a matrycą (co pomaga, ale skraca trwałość stempla i wkładki matrycowej) oraz wkładki matrycowe zaprojektowane do przytrzymywania odpadu:

Katalogowe wkładki matrycowe do zatrzymywania odpadu działają na tej samej zasadzie i mają podane limity. Przywołany powyżej katalog podaje je jako:

LimitWartość
Średnica otworuod 1.0 do 16 mm
Wytrzymałość na rozciąganie przedmiotu obrabianegodo 1177 N/mm²
Grubość przedmiotu obrabianegoco najmniej 0.15 mm
Luz jednostronnymniej niż 20% grubości przedmiotu obrabianego; przy większym luzie nie można oczekiwać efektu zatrzymywania

Ponieważ te wkładki matrycowe działają poprzez tworzenie małych wypukłości na odpadzie, katalog podaje, że nie nadają się do otworów precyzyjnych ani do przypadków, w których wykrojony element jest produktem.

Wkładki matrycowe niezatykające się działają odwrotnie: pomagają odpadowi wydostać się. W katalogowym typie niezatykającym się otwór wlotowy powietrza w pobliżu otworu kształtowego pozwala urządzeniu próżniowemu zasysać powietrze przez wkładkę matrycową, a przepływ powietrza usuwa odpady lepiej niż sama próżnia. Ten sam katalog określa zbieżność otworu wkładki matrycowej jako 1/50, 1/100 lub 1/150: zbieżność 1/50 zwiększa średnicę o 1 mm na 50 mm długości, czyli około 1.15°.

Stempele i stempele pilotujące

Oferta stempli pilotowych z węglika spiekanego tego samego dostawcy pokazuje, jak zwykle opisuje się warianty stempli. Rodziny obejmują końcówkę okrągłą (R), stożkową lub o ostrym kącie; większość z nich występuje w wersjach standardowych, docieranych lub powlekanych TiCN, wszystkie w gatunku węglika spiekanego HIP:

Przy zamawianiu stempla lub półfabrykatu stempla z węglika spiekanego pasowanie chwytu (wtłaczane lub przesuwne), obecność główki, kształt końcówki i wykończenie powierzchni wpływają na sposób szlifowania części. Prosimy podać je w zapytaniu albo przesłać oznaczenie katalogowe wymienianego elementu wraz z rysunkiem.

Wybór gatunku do stempli i wkładek matrycowych

W artykule Carbide in tool and die (The Fabricator) głównymi czynnikami są wielkość ziarna i zawartość kobaltu: drobniejsze ziarno jest twardsze, bardziej odporne na zużycie i bardziej kruche; większa zawartość kobaltu oznacza materiał miększy i o większej udarności. Artykuł podkreśla również dwie właściwości istotne w tłoczeniu: odporność na korozję, ponieważ spoiwo kobaltowe może być wymywane podczas wycinania elektroerozyjnego drutem w dielektryku, podczas szlifowania z emulsją lub przez żrące smary; oraz stabilność krawędzi.

Artykuł opisuje test wykrawania stali nierdzewnej o grubości 0.065 inch stemplem wycinanym elektroerozyjnie drutem:

Wypróbowany gatunekWynik
15% kobaltu, ziarno submikronoweWykruszenie przy wycofaniu po 500 uderzeniach; niska jakość powierzchni i korozja spowodowały zaciąganie na krawędzi
15% kobaltu, ziarno grubeNadmierne zużycie po 5,000 uderzeniach
12% kobaltu, ziarno średnie, odporny na korozję50,000 uderzeń; 80,000 po poprawie smarowania

To wyniki z jednego zastosowania, a nie ogólne wartości trwałości. Pokazują one, że pozornie najtańsza zmiana, czyli zastosowanie gatunku o większej udarności, nie zawsze jest rozwiązaniem. Ten sam artykuł zauważa, że wykruszenie na górze stempla może wskazywać na złe wykończenie powierzchni, zaciąganie lub zbyt duży luz, natomiast wykruszenie z boku może wskazywać na zbyt mały luz lub niewystarczającą odporność na wstrząsy.

Nasza strona z klockami węglikowymi zawiera listę klas gatunków, których używamy do tłoczenia. Prosimy podać, jaki materiał jest tłoczony, jego grubość i częstotliwość skoków oraz czy część będzie wycinana elektroerozyjnie drutem — zaproponujemy gatunek wraz z kartą danych.

Co określić przy zamawianiu części z węglika spiekanego

ParametrDlaczego to ma znaczenie
Typ: z główką lub prosty; gładki, z zatrzymywaniem odpadu lub niezatykający sięDecyduje o tym, jakie cechy są obrabiane w węgliku spiekanym
Średnica zewnętrzna lub średnica chwytu i jej pasowanie (m5, n5, g6 lub tolerancja wyłącznie dodatnia)Pasowanie wciskane lub przesuwne; szlifowane z dokładnością do mikronów
Długość całkowita, średnica i grubość główki, z tolerancjamiKatalogowe standardowe tolerancje długości są luźne, o ile nie zamówi się ciaśniejszych
Rozmiar i kształt otworu, długość części walcowej i stożek odciążającyCzęść robocza wkładki matrycowej
Płaszczyzny pod klucz lub inne cechy orientacyjneNiezbędne do otworów kształtowych
Materiał tłoczony, jego grubość i częstotliwość suwuDecyduje o gatunku
Gotowa część lub półfabrykat z naddatkiem na szlifowanie; szlifowanie lub wycinanie elektroerozyjne drutemZmienia wymiar półfabrykatu i sprzyja wyborowi gatunku odpornego na korozję do obróbki EDM
Ilość i to, czy zamówienie się powtarzaCena i sposób wykonania części

W przypadku okrągłych półfabrykatów stempli i wkładek matrycowych, w stanie spiekanym lub po szlifowaniu, zobacz naszą stronę z półfabrykatami stempli i matryc.

FAQ

Co oznaczają m5, n5 i g6 w stemplu lub wkładce matrycowej?

Są to klasy tolerancji ISO dla średnicy chwytu. m5 i n5 ustawiają średnicę nieco powyżej wymiaru nominalnego w celu pasowania wciskanego w płycie matrycowej; g6 ustawia ją nieco poniżej wymiaru nominalnego, aby ruchomy stempel mógł się przesuwać. Dla chwytu o średnicy 4 lub 5 mm w katalogu podanym poniżej m5 wynosi od +0.004 do +0.009 mm, a n5 od +0.008 do +0.013 mm.

Jaka jest różnica między wkładkami matrycowymi z zatrzymywaniem odpadu a niezatykającymi się?

Wkładki matrycowe z zatrzymywaniem odpadu utrzymują odpad w wkładce, dzięki czemu nie może zostać podciągnięty do góry przez stempel. Wkładki niezatykające się pomagają w wypadnięciu lub wyciągnięciu odpadu, na przykład za pomocą wlotu powietrza i urządzenia próżniowego. Katalogowych wkładek matrycowych z zatrzymywaniem odpadu nie zaleca się do otworów precyzyjnych ani tam, gdzie wybity element jest produktem.

Czy półfabrykaty wkładek matrycowych z węglika spiekanego można ciąć metodą wycinania elektroerozyjnego drutem?

Tak, wycinanie elektroerozyjne drutem to powszechny sposób cięcia otworów kształtowych i profili stempli w węgliku spiekanym. Spoiwo kobaltowe może zostać wymyte podczas obróbki EDM w dielektryku, dlatego należy poinformować dostawcę, że część będzie obrabiana metodą EDM; lepszym wyborem może być gatunek odporny na korozję.

Czy dostarczacie gotowe wkładki matrycowe, czy tylko półfabrykaty?

Dostarczamy okrągłe półfabrykaty stempli i wkładek matrycowych oraz klocki węglikowe, w stanie spiekanym lub po szlifowaniu, wykonane według Państwa rysunku. Prosimy przesłać rysunek, a w ofercie potwierdzimy, jakie cechy i tolerancje są uwzględnione.

Źródła