Matrițele în lumea producției sunt eroi neînsemnați care oferă nenumărate produse formele lor. Cu toate acestea, este o mare greșeală să crezi că toate matrițele sunt la fel. Este ca diferența dintre uneltele care pot fi utilizate pentru formarea metalului și cele folosite pentru formarea plasticului, ambele fiind complet diferite și având scopul de a răspunde la comportamente specifice ale materialelor și la cerințele de fabricație distincte ale produselor. Este important pentru ingineri, designeri și producători să cunoască principalele diferențe dintre matrițele de ambutisare metalică și matrițele de prelucrare a plasticului.
1. Provocarea principală: Comportamentul materialului
Matrițe de ambutisare: Aceste matrițe se confruntă cu o problemă de deformare plastică în stare solidă. Între componentele matriței este plasată o foaie sau o bandă de metal (de exemplu, oțel, aluminiu, cupru). Utilizarea unei presiuni mari (capacitate în tone) determină metalul să cedeze în mod permanent, să se îndoaie, să se întindă, să fie tăiat sau să fie tras într-o formă posibilă fără a se topi. Această acțiune are ca scop depășirea limitei de curgere a metalului și gestionarea revenirii elastice (fenomenul prin care metalul revine parțial la forma sa inițială).
Matrițe pentru Prelucrarea Plasticului (Forme): Acestea lucrează cu material topit sau foarte înmuiat. Granulele de plastic sunt topite până când pot curge precum un lichid vâscos. Acest material topit este ulterior injectat sub presiune sau forțat într-o cavitate a matriței. Plasticul se solidifică în matriță și își ia forma finală. Acest lucru se datorează dificultății întâmpinate în controlul dinamicii curgerii, asigurării umplerii complete a cavității, controlului procesului de răcire într-un mod astfel încât defectele să fie minime (cum ar fi scurgerile sau deformările) și ejectarea piesei solidificate să se realizeze ușor.
2. Priorități privind Proiectarea și Construcția Matrițelor
Matrițe pentru Tanare Metalică:
●Rezistență și Rezistență la Uzură: De o importanță majoră. Matrițele trebuie să reziste la șocuri masive și frecvente, precum și la înlocuiri repetitive, blocări și frecare abrazivă a contactelor metalice mobile. Oțelurile de scule (cum ar fi D2, A2) sau chiar carbura sunt utilizate frecvent, fiind de asemenea înătuite la o duritate foarte mare pe scara Rockwell C.
●Joc Precis: Procesul de tăiere presupune un joc foarte mic între poanson și placă, în operațiile de tăiere, pentru a evita formarea excesivă de așchii și/sau deteriorarea sculelor utilizate.
●Aplicare a Presiunii: Proiectarea are ca scop transmiterea eficientă a unor forțe mari prin elemente structurale robuste (poansoane, plăci, călcâie).
●Adesea: Matrițele de ambutisare de diverse forme, în special cele legate de modurile de îndoire sau tăiere plană, nu necesită complexitatea extinsă specifică matrițelor pentru plastic.
●Matrițe pentru Prelucrarea Plasticului (Forme):
●Cavitate și Cremalieră Complexe: Matrița definește geometria complexă exterioară (cavitate) și interioară (cremalieră) a piesei din plastic realizate. Complexitatea poate fi foarte ridicată.
●Sistem de Răcire: Un sistem intern de canale pentru agent de răcire (apă sau ulei) este esențial. O răcire optimizată și uniformă influențează direct timpul de ciclu și calitatea piesei.
●Sistem de Alimentare cu Material (Gating): Canalul de turnare, canalele de distribuție și porțile prin care plasticul topit este depus în cavitate ies din duza mașinii. Designul influențează modelele de curgere, presiunea de umplere și aspectul pieselor.
●Sistem de evacuare: Penele, manșoanele sau elementele de ridicare sunt plasate cu grijă pentru a evacua piesa răcită din matriță, păstrându-i integritatea.
●Ventilație: Ventilația se realizează prin canale sau găuri mici care eliberează aerul închis atunci când materialul topit intră în cavitate, pentru a evita arsurile sau umplerea incompletă.
●Material: Poate fi oțel de sculă dur (P20, H13, S7), sau oțel inoxidabil de diverse tipuri, dar și finisajul suprafeței și rezistența la coroziune (mai ales în cazul unor materiale plastice) sunt factori importanți.
3. Mediul de producție
Presarea la rece: Se realizează de obicei pe o presă mecanică sau pe o presă hidraulică. Acestea tind să fie extrem de rapide în execuție (sute de piese pe minut pot fi realizate pentru componente de bază). Acesta este în mod normal un proces rece, deși există unele procese speciale de deformare care implică încălzirea. Frecarea și uzura sunt adesea reduse prin utilizarea lubrifiantilor.
Prelucrarea materialelor plastice: Aceasta se realizează în mare parte prin intermediul mașinilor de injectat, dar și prin alte metode precum turnarea prin suflare, moldarea prin compresie, etc. Însăși natura procesului implică o cantitate considerabilă de căldură: topirea plasticului, urmată de răcirea acestuia în matriță. Un ciclu poate varia între câteva secunde și câteva minute, în funcție de dimensiunea piesei și de grosimea pereților. Eficiența răcirii are un impact major asupra duratei ciclului. De asemenea, pot fi eliberați agenți de ungere, deși nu sunt la fel de universali ca lubrifiantii folosiți la presare.
4. Durata de viață și mecanismele de uzură
Matrițe de Deformare Plastică: Uzura abrazivă - în principal metal contra oțelului de scule, aditivă - lipire. Muchiile se pot tompi. Există crăpături de oboseală datorită stresului ciclic ridicat. Întreținerea poate include ascuțirea, înlocuirea zonelor uzate sau introducerea de inserții. Durata de viață este tradițional măsurată în sute de mii sau milioane de lovituri, cu matrițele bine întreținute.
Matrițe (Forme) pentru Prelucrarea Plasticului: Tipurile de uzură întâmpinate sunt umpluturi abrazive în materialele plastice, coroziunea datorată unor polimeri sau apei de răcire și, potențial, eroziunea cauzată de topitura de plastic la viteză mare. O proprietate estetică influențată de degradarea luciului pe suprafața cavitații este aspectul exterior al piesei. Întreținerea va implica lustruirea, repararea daunelor de suprafață și deblocarea canalelor sau ventilelor de răcire. Durata de viață este, de asemenea, în general foarte lungă (sute de mii până la milioane de cicluri), deși este extrem de sensibilă la tipul de plastic utilizat, precum și la întreținere.
De ce este Importantă Diferențierea
Alegerea unei forme incorecte a filozofiei de proiectare a matriței în funcție de material este o setare greșită care duce la eșec. O matriță utilizată în ambutisarea materialului din metal nu are aceste canale de răcire și sisteme de alimentare cu material plastice necesare. O amprentă în plastic nu ar rezista vibrațiilor provocate de ambutisarea oțelului. Acestea sunt diferențele de bază: deformarea în stare solidă și prelucrarea în stare topită, necesitatea de a optimiza răcirea și de a asigura un spațiu adecvat, gestionarea curgerii și gestionarea revenirii materialelor, care trebuie înțelese pentru a putea:
● Proiecta o matriță eficientă și durabilă.
●Optimiza procesele de fabricație.
●Alege materialele corespunzătoare pentru matriță.
●Depista și rezolva eficient problemele de producție.
●Estima cu acuratețe costurile matriței și ale pieselor.
Deși cele două tipuri distincte de matrițe sunt instrumente de precizie, necesare în eforturile de producție în masă, designul, construcția și funcționalitatea lor sunt guvernate de fizici radical diferite, în care metalele și materialele plastice sunt transformate prin prelucrare brută în piese finite. Aceasta este o diferență fundamentală care creează oportunități mari în fabricație.