Στον κόσμο της κατασκευής, τα μήτρες είναι άγνωστοι ήρωες που προσδίδουν μορφή σε αμέτρητα προϊόντα. Ωστόσο, είναι μεγάλο λάθος να πιστεύει κανείς ότι όλες οι μήτρες είναι ίδιες. Είναι σαν τη διαφορά μεταξύ των εργαλείων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διαμόρφωση μετάλλου και εκείνων που χρησιμοποιούνται για τη διαμόρφωση πλαστικού, και τα δύο είναι εντελώς διαφορετικά εργαλεία, τα οποία έχουν σχεδιαστεί για να αντιμετωπίζουν διαφορετικές συμπεριφορές υλικών και απαιτήσεις κατασκευής προϊόντων. Είναι σημαντικό οι μηχανικοί, οι σχεδιαστές και οι κατασκευαστές να γνωρίζουν τις βασικές διαφορές μεταξύ των μητρών διαμόρφωσης μετάλλου και των μητρών επεξεργασίας πλαστικού.
1. Η Βασική Πρόκληση: Συμπεριφορά Υλικού
Μεταλλικά Μήτρες Διαμόρφωσης: Οι μήτρες αυτές αντιμετωπίζουν ένα πρόβλημα πλαστικής παραμόρφωσης σε στερεή κατάσταση. Μεταξύ των εξαρτημάτων της μήτρας τοποθετείται επιφολικό ή πολύσπειρο μεταλλικό φύλλο (π.χ. χάλυβας, αλουμίνιο, χαλκός). Η χρήση τεράστιας πίεσης (σε τόνους) αναγκάζει το μέταλλο να παραμορφωθεί μόνιμα, να λυγίσει, να τεντωθεί, να κοπεί ή να διαμορφωθεί σε μια πιθανή μορφή χωρίς να λιώσει. Έμφαση δίνεται στην υπέρβαση του ορίου διαρροής του μετάλλου και στη διαχείριση της ελαστικής ανάκαμψης (της τάσης του μετάλλου να επιστρέψει ελαφρώς στην αρχική του μορφή).
Καλούπια για την επεξεργασία πλαστικών: Αυτά λειτουργούν με τη χρήση υλικού σε κατάσταση τήξης ή σημαντικά επιμαλακωμένου. Τα πλαστικά πελλέτ λιώνουν μέχρι να μπορούν να ρέουν σαν ένας ιξώδης υγρός. Αυτό το τηγμένο υλικό στη συνέχεια εισάγεται υπό πίεση ή ωθείται σε μια κοιλότητα του καλουπιού. Το πλαστικό πήζει μέσα στο καλούπι και παίρνει την τελική του μορφή. Αυτό συμβαίνει εξαιτίας της δυσκολίας που αντιμετωπίζεται στον έλεγχο της δυναμικής ροής, στη διασφάλιση πλήρους γέμισης της κοιλότητας, στον έλεγχο της διαδικασίας ψύξης με τέτοιο τρόπο ώστε οι ελαττώματα να είναι ελάχιστα (όπως βαθούλωμα ή παραμόρφωση) και στην εύκολη εκτίναξη του στερεοποιημένου τμήματος.
2. Προτεραιότητες στον Σχεδιασμό και την Κατασκευή Καλουπιών
Καλούπια Διαμόρφωσης Μετάλλων με Έλαση:
●Αντοχή και Αντίσταση στη Φθορά: Κυριώδης. Τα καλούπια πρέπει να αντέχουν σε τεράστιες επιβαρύνσεις, σε συχνές επαναλήψεις εισαγωγής και αντικατάστασης, σε φρακάρισμα και σε αποτριβή λόγω τριβής από κινούμενες μεταλλικές επαφές. Τα εργαλειοχάλυβα (όπως D2, A2) ή ακόμη και κράματα καρβιδίου είναι συνηθισμένα και συχνά επιβαθύνονται σε πολύ υψηλή σκληρότητα κατά Rockwell C.
●Ακριβής Ανοχή: Η διαδικασία διακοπής περιλαμβάνει ένα πολύ μικρό κενό μεταξύ του εμβόλου και της μήτρας στις εργασίες κοπής, ώστε να αποφεύγεται η υπερβολική ακμή και/ή η ζημιά στα εργαλεία που χρησιμοποιούνται.
●Εφαρμογή Πίεσης: Στόχος του σχεδιασμού είναι η αποτελεσματική μεταφορά μεγάλης τονικής δύναμης με τη χρήση ισχυρών δομικών στοιχείων (έμβολα, μήτρες, παπούτσια).
●Συχνά: Οι διατάξεις κοπής πολλών σχημάτων, ιδιαίτερα αυτές που σχετίζονται με τρόπους κάμψης ή απλής κοπής, δεν απαιτούν την εκτεταμένη πολυπλοκότητα των πλαστικών μητρών.
●Διατάξεις (Μήτρες) Επεξεργασίας Πλαστικού:
●Πολύπλοκη Κοιλότητα & Πυρήνας: Η μήτρα καθορίζει την πολύπλοκη εξωτερική (κοιλότητα) και εσωτερική (πυρήνας) γεωμετρία του σχετικού πλαστικού αντικειμένου. Η πολυπλοκότητα μπορεί να είναι πολύ υψηλή.
●Σύστημα Ψύξης: Ένα εσωτερικό σύστημα καναλιών ψυκτικού μέσου (νερό ή λάδι) είναι απαραίτητο. Η βέλτιστη και σταθερή ψύξη σχετίζεται άμεσα με τον χρόνο κύκλου και την ποιότητα του εξαρτήματος.
●Σύστημα Εισόδου Υλικού: Η προσαγωγή, οι διακλαδώσεις και οι θύρες, από τις οποίες το τήγμα πλαστικού εισάγεται στην κοιλότητα από το ακροφύσιο της μηχανής. Η σχεδίαση επηρεάζει τα πρότυπα ροής, την πίεση γέμισης και την εμφάνιση των εξαρτημάτων.
●Σύστημα εξαγωγής: Καρφιά, μανίκια ή ανυψωτικά τοποθετούνται με προσοχή για να εκτοπίσουν το ψυχμένο εξάρτημα από τον τύπο, διατηρώντας όμως το εξάρτημα ακέραιο.
●Εξαερισμός: Ο εξαερισμός επιτυγχάνεται με μικρά αυλάκια ή οπές για την απελευθέρωση του εγκλωβισμένου αέρα όταν το τήγμα εισέρχεται στην κοιλότητα, ώστε να αποφευχθούν εγκαύματα ή ατελής γέμιση.
●Υλικό: Μπορεί να είναι από χάλυβα εργαλείων με ενισχυμένη σκληρότητα (P20, H13, S7) ή ανοξείδωτο χάλυβα διαφόρων τύπων, όμως το τελικό τους φινίρισμα και η αντοχή τους στη διάβρωση (ιδιαίτερα σε ορισμένα πλαστικά) είναι επίσης σημαντικοί παράγοντες.
3. Το Περιβάλλον Παραγωγής
Η κοπή μετάλλου: Πραγματοποιείται συνήθως σε μηχανική ή υδραυλική πρέσα. Οι επιχειρήσεις αυτές είναι συνήθως εξαιρετικά γρήγορες (εκατοντάδες εξαρτημάτων το λεπτό μπορούν να παραχθούν για βασικά εξαρτήματα). Πρόκειται συνήθως για ψυχρή διαδικασία, αν και υπάρχουν ορισμένες ειδικές διαδικασίες διαμόρφωσης που περιλαμβάνουν θέρμανση. Η τριβή και η φθορά μειώνονται συχνά με τη χρήση λιπαντικών.
Επεξεργασία πλαστικού: Το πλαστικό επεξεργάζεται κυρίως μέσω χύτευσης με έγχυση, αλλά και με άλλες μεθόδους, όπως η φυσητή χύτευση, η χύτευση με συμπίεση κ.λπ. Η ίδια η διαδικασία περιλαμβάνει σημαντική ποσότητα θερμότητας: τήξη του πλαστικού και στη συνέχεια ψύξη του στη φόρμα. Ένας κύκλος μπορεί να κυμαίνεται από δευτερόλεπτα έως λεπτά, ανάλογα με το μέγεθος του εξαρτήματος και το πάχος των τοιχωμάτων. Η αποτελεσματικότητα της ψύξης επηρεάζει σημαντικά τον χρόνο του κύκλου. Μπορεί να χρησιμοποιηθούν ξανά λιπαντικά, αν και δεν είναι τόσο καθολικά όσο τα λιπαντικά κοπής.
4. Διάρκεια ζωής & Μηχανισμοί φθοράς
Μήτρες Κοπής Μετάλλου: Φθορά λόγω τριβής - κυρίως μεταλλικά εργαλειοστάλες, συνδετική-πρόσφυση. Οι ακμές μπορεί να χάσουν την κοφτεράδα τους. Υπάρχει δημιουργία ρωγμών από κόπωση λόγω υψηλών κυκλικών τάσεων. Μπορεί να πραγματοποιηθεί συντήρηση με ακόνισμα, αντικατάσταση φθαρμένων περιοχών ή τοποθέτηση ενθέτων. Η διάρκεια ζωής μετράται παραδοσιακά στις εκατοντάδες χιλιάδες ή εκατομμύρια χτυπήματα, με καλά συντηρημένες μήτρες.
Μήτρες Επεξεργασίας Πλαστικών (Καλούπια): Οι τύποι φθοράς που εμφανίζονται περιλαμβάνουν αποτριβή από πρόσθετα στα πλαστικά, διάβρωση λόγω ορισμένων πολυμερών ή του νερού ψύξης και, ενδεχομένως, διάβρωση λόγω τήγματος πλαστικού με υψηλή ταχύτητα. Μια αισθητική ιδιότητα που επηρεάζεται είναι η εμφάνιση του τελικού προϊόντος, η οποία καθορίζεται από την ποιότητα λείανσης της επιφάνειας της κοιλότητας. Η συντήρηση περιλαμβάνει λείανση, επισκευή ζημιών στην επιφάνεια και αποφραξία των γραμμών ή των ανοιγμάτων ψύξης. Η διάρκεια ζωής είναι επίσης γενικά πολύ μεγάλη (από εκατοντάδες χιλιάδες έως εκατομμύρια κύκλων), αν και είναι εξαιρετικά ευαίσθητη στον τύπο του χρησιμοποιούμενου πλαστικού καθώς και στη συντήρηση.
Γιατί Η Διάκριση Έχει Σημασία
Η επιλογή λανθασμένης μορφής φιλοσοφίας σχεδίασης τύπων σε σχέση με το υλικό αποτελεί προϋπόθεση για αποτυχία. Ένας τύπος που χρησιμοποιείται στη διαδικασία διαμόρφωσης υλικού από μέταλλο δεν διαθέτει αυτά τα συστήματα ψύξης και εισαγωγής που απαιτούνται για το πλαστικό. Μια εντύπωση σε πλαστικό δεν θα αντεπεξερχόταν στις δονήσεις που προκαλούνται από τη διαμόρφωση χάλυβα. Αυτές είναι οι βασικές διαφορές: η πλαστική παραμόρφωση σε στερεή κατάσταση και η επεξεργασία τήγματος, η ανάγκη βελτιστοποίησης της ψύξης και προσεκτικής διαστολής, η διαχείριση ροής και η διαχείριση επαναφοράς, και πρέπει να κατανοηθούν για να:
● Σχεδιάζετε αποτελεσματικό και ανθεκτικό εργαλειοθήκη.
●Βελτιστοποιείτε τις διαδικασίες παραγωγής.
●Επιλέγετε τα κατάλληλα υλικά για τον ίδιο τον τύπο.
●Αντιμετωπίζετε αποτελεσματικά προβλήματα παραγωγής.
●Προσδιορίζετε με ακρίβεια το κόστος εργαλειοθήκης και εξαρτημάτων.
Αν και τα δύο είδη διαφορετικών τύπων διαμορφωτικών εργαλείων είναι ακριβή όργανα, απαραίτητα για τις προσπάθειες μαζικής παραγωγής, ο σχεδιασμός, η κατασκευή και η λειτουργικότητά τους διέπονται από εντελώς διαφορετικές φυσικές διεργασίες, μέσω των οποίων τα μέταλλα και τα πλαστικά υλικά μετατρέπονται από την αρχική κατεργασία σε τελικό εξάρτημα. Αυτή η βασική διαφοροποίηση δημιουργεί σημαντικές ευκαιρίες στον τομέα της παραγωγής.