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 trzpienia | m5 (z główką) | n5 (proste) |
|---|---|---|
| 3 mm | od +0,002 do +0,006 mm | od +0,004 do +0,008 mm |
| 4 i 5 mm | od +0,004 do +0,009 mm | od +0,008 do +0,013 mm |
| 8 i 10 mm | od +0,006 do +0,012 mm | od +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:
- Wkładki matrycowe kontrolujące odpad: dwa małe rowki wykonane pod kątem w matrycy tworzą zadzior na odpadzie, który zaklinowuje go w miejscu.
- Wkładki matrycowe przytrzymujące odpad: zadziory w matrycy wgryzają się w odpad.
- Wkładki matrycowe ze zbieżnością odwrotną (o wlocie dzwonowym): otwór nieznacznie się zwęża, dzięki czemu odpad jest utrzymywany w stanie ściskania. W większości przypadków wykrawania zbieżność od 0.0005 do 0.001 inch jest więcej niż wystarczająca, a zbyt duża może rozsadzić matrycę.
- Zespoły próżniowe, które zasysają odpady w dół do matrycy.
Katalogowe wkładki matrycowe do zatrzymywania odpadu działają na tej samej zasadzie i mają podane limity. Przywołany powyżej katalog podaje je jako:
| Limit | Wartość |
|---|---|
| Średnica otworu | od 1.0 do 16 mm |
| Wytrzymałość na rozciąganie przedmiotu obrabianego | do 1177 N/mm² |
| Grubość przedmiotu obrabianego | co najmniej 0.15 mm |
| Luz jednostronny | mniej 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:
- Stempele standardowe, tolerancja chwytu m5
- Stempele z rowkami wpustowymi, z główką lub proste
- Stempele proste bez główki
- Stempele do mocowania do płyty zdejmującej, z główką lub proste
- Stempele ruchome z chwytem g6, którego wymiar jest mniejszy od nominalnego, aby stempel mógł się przesuwać: od −0.002 do −0.008 mm dla chwytów 1.6 do 3 mm, aż do −0.006 do −0.017 mm dla chwytów 13 i 16 mm
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 gatunek | Wynik |
|---|---|
| 15% kobaltu, ziarno submikronowe | Wykruszenie przy wycofaniu po 500 uderzeniach; niska jakość powierzchni i korozja spowodowały zaciąganie na krawędzi |
| 15% kobaltu, ziarno grube | Nadmierne zużycie po 5,000 uderzeniach |
| 12% kobaltu, ziarno średnie, odporny na korozję | 50,000 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
| Parametr | Dlaczego to ma znaczenie |
|---|---|
| Typ: z główką lub prosty; gładki, z zatrzymywaniem odpadu lub niezatykający się | Decyduje 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 tolerancjami | Katalogowe standardowe tolerancje długości są luźne, o ile nie zamówi się ciaśniejszych |
| Rozmiar i kształt otworu, długość części walcowej i stożek odciążający | Część robocza wkładki matrycowej |
| Płaszczyzny pod klucz lub inne cechy orientacyjne | Niezbędne do otworów kształtowych |
| Materiał tłoczony, jego grubość i częstotliwość suwu | Decyduje o gatunku |
| Gotowa część lub półfabrykat z naddatkiem na szlifowanie; szlifowanie lub wycinanie elektroerozyjne drutem | Zmienia wymiar półfabrykatu i sprzyja wyborowi gatunku odpornego na korozję do obróbki EDM |
| Ilość i to, czy zamówienie się powtarza | Cena 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
- ISO 8977:2003, Narzędzia do tłoczenia — Matryce, strona katalogu ISO (streszczenie i status)
- MISUMI, matryce guzikowe z węglika spiekanego: typy, tolerancje chwytu, ograniczenia zatrzymywania odpadu, stożki odciążające
- MISUMI, niezatykające się matryce guzikowe z węglika spiekanego (strony katalogu 585–586, PDF): tolerancje, modyfikacje, konstrukcja wlotu powietrza
- MISUMI, stemple pilotujące z węglika spiekanego: rodzaje stempli i tolerancje chwytu
- Art Hedrick, Podstawy matryc 101: Rozwiązywanie problemów z podciąganiem odpadu, The Fabricator
- Węglik spiekany w narzędziach i matrycach, The Fabricator: właściwości gatunków i próba wykrawania stali nierdzewnej