U svijetu proizvodnje alati za izvlačenje (dies) su neprocijenjeni heroji koji daju oblik nebrojenim proizvodima. Međutim, velika je greška vjerovati da su svi alati jednaki. To je poput razlike između alata koji se mogu koristiti za oblikovanje metala i onih koji se koriste za oblikovanje plastike, a oba su potpuno različita alata, koja su dizajnirana da rješavaju različite ponašanje materijala i zahtjeve proizvodnje. Važno je za inženjere, dizajnere i proizvođače da razumiju glavne razlike između alata za utiskivanje metala i alata za preradu plastike.
1. Osnovni izazov: Ponašanje materijala
Matrice za duboko vučenje: Ove matrice imaju problem plastične deformacije u čvrstom stanju. Između komponenata matrice postavljen je metalni lim ili zavoj (npr. čelik, aluminij, bakar). Upotreba velikog pritiska (tlačne sile) prisiljava metal da trajno popusti, savije se, istegne, prereže ili izvuče u mogući oblik, bez topljenja. Ovaj pritisak ima za cilj savladavanje granice elastičnosti metala i upravljanje povratnim elastičnim deformacijama (deformacijom koja se dešava kada metal pokušava da zadrži svoj originalni oblik).
Plastični kalupi (matrice): Ovi se koriste s rastopljenim ili znatno omekšanim materijalom. Plastične peleti se rastope dok ne postanu tekućina s viskoznom konsistencijom. Ta rastopljena masa se potom pod pritiskom ubacuje ili forsira u šupljinu kalupa. Plastika se stvrdne u matrici i poprimi svoj konačni oblik. To je zbog poteškoća u upravljanju dinamikom strujanja, osiguranju potpunog punjenja šupljine, kontroli procesa hlađenja na način da su greške minimalne (poput upala ili izobličenja) i laganom izbacivanju očvrslog dijela.
2. Prioriteti u projektiranju i izgradnji kalupa
Kalupi za utiskivanje metala:
●Čvrstoća i otpornost na trošenje: Najvažnije. Kalupi moraju izdržati ogromne udarce, često ponavljane te procese povlačenja, zamjene, začepljenja i abrazivnog brušenja uslijed pokretnih metalnih kontakata. Alatni čelici (poput D2, A2) ili čak karbid su uobičajeni materijali, koji se često kaljenjem dovode do vrlo visoke tvrdoće po Rockwell C ljestvici.
●Točno odstupanje: Rezanje uključuje vrlo mali razmak između alata za utiskivanje i bloka matrice kod operacija rezanja kako bi se izbjegla prekomjerna žuljevina i/ili oštećenje alata koji se koriste.
●Primjena tlaka: Konstrukcija je usmjerena na učinkovito prenošenje velikih tonaža uz pomoć snažnih strukturnih elemenata (alata za utiskivanje, blokova matrice, sandala).
●Često: Alati za utiskivanje raznih oblika, posebno povezani s načinima savijanja ili jednostavnog rezanja, ne zahtijevaju složenost koja je prisutna kod plastičnih kalupa.
●Kalupi za obradu plastike (moldovi):
●Složena šupljina i jezgra: Kalup određuje složenu vanjsku (šupljina) i unutarnju (jezgra) geometriju konzultiranog plastičnog predmeta. Složenost može biti vrlo visoka.
●Sustav hlađenja: Unutarnji sustav kanala rashladnog sredstva (vode ili ulja) je neophodan. Optimizirano i dosljedno hlađenje izravno utječe na vrijeme ciklusa i kvalitetu dijela.
●Sustav ulaza: Sujica, kanali za uljev i uljevni otvori kroz koje se otopljeni materijal unosi u šupljinu dolazeći iz mlaznice stroja. Dizajn utječe na uzorak toka, tlak punjenja i izgled dijelova.
●Sustav za izbacivanje: Pinosi, košuljice ili podizači pažljivo se postavljaju na mjesto radi izbacivanja ohlađenog dijela iz kalupa, a da pritom ostane netaknuto.
●Ventilacija: Ventilacija se postiže malim kanalima ili rupama za otpuštanje zatvorena zraka kad se materijal ulijeva u šupljinu kako bi se izbjegli opekline ili nepotpuno punjenje.
●Materijal: Može biti čelici otporni na trošenje (P20, H13, S7) ili nehrđajući čelik raznih vrsta, ali i kvaliteta površine te otpornost na koroziju (posebno u nekim plastikama) važni su faktori.
3. Proizvodno okruženje
Kalibriranje metala: Obično se izvodi na mehaničkoj ili hidrauličkoj presi. Operacije su izuzetno brze (stotine dijelova u minuti mogu se proizvesti za osnovne komponente). Ovo je obično hladan proces, iako postoje neki posebni postupci oblikovanja koji uključuju zagrijavanje. Trenje i trošenje često se smanjuju upotrebom maziva.
Obrada plastike: Ovako se plastika u velikoj mjeri izvodi uz pomoć mašina za ubrizgavanje, ali i drugim metodama poput duvanja, prešanja itd. Sam proces uključuje značajnu količinu topline: topljenje plastike, nakon čega slijedi njezino hlađenje u kalupu. Ciklus može varirati od sekundi do minuta, ovisno o veličini dijela i debljini zidova. Učinkovitost hlađenja znatno utječe na vrijeme ciklusa. Sredstva za relubrikaciju mogu se otpustiti, iako nisu tako univerzalna kao maziva za kalibriranje.
4. Vrijeme trajanja i mehanizmi trošenja
Matric za dubinsko presovanje: Ablativno trošenje - uglavnom metal prema alatnom čeliku, adhezivno - zaleđivanje. Uvuci tupi rubovi. Postoji umor zbog visokih cikličkih naprezanja. Održavanje poput brušenja, zamjena istrošenih dijelova ili umetanja umetaka može se provesti. Vek trajanja tradicionalno se mjeri u stotinama tisuća ili milijunima udaraca uz dobro održavane matrice.
Matrice za obradu plastike (kalupi): Vrste trošenja koje se javljaju su abrazivni punila u plastici, korozija zbog nekih polimera ili rashladne vode i potencijalno erozija zbog visokog tlaka rastopljenog plastičnog materijala. Kozmetičko svojstvo koje utječe na degradaciju poliranja na površini šupljine je vanjski izgled dijela. Održavanje uključuje poliranje, popravak oštećenih površina te čišćenje rashladnih cijevi ili ventilacijskih otvora. Vek trajanja je također općenito vrlo dug (stotine tisuća do milijun ciklusa), iako je iznimno osjetljiv na vrstu korištene plastike kao i na održavanje.
Zašto razlika važi
Odabir pogrešnog oblika filozofije dizajna alata u odnosu na materijal predstavlja osnovu za neuspjeh. Alat koji se koristi za utiskivanje materijala iz metala nema linije hlađenja i kanale uljeva koje su potrebne za plastiku. Otisak u plastici ne bi izdržao vibracije pri utiskivanju čelika. To su osnovne razlike; deformacija u čvrstom stanju i proces obrade taline, potreba za optimizacijom hlađenja i pažljivim razmacima, upravljanjem tokom i upravljanjem povratnim elastičnim deformacijama – a sve to mora biti razumljivo za:
● Projektiranje učinkovitih i izdržljivih alata.
●Optimizaciju proizvodnih procesa.
●Odabir odgovarajućih materijala za sam alat.
●Ubrzavanje otklanjanja problema u proizvodnji.
●Tačnu procjenu troškova alata i dijelova.
Iako su oba različita tipa matrica precizni instrumenti nužni u masovnoj proizvodnji, njihov dizajn, izgradnja i funkcionalnost podložni su radikalno različitoj fizici u kojoj se metali i plastike pretvaraju sirovim obradama u gotove dijelove. Ovo je osnovna podjela koja stvara velike mogućnosti u proizvodnji.