Stansar i tillverkningsvärlden är osjälviska hjältar som ger otaliga produkter deras former. Trots detta är det ett stort misstag att tro att alla stansar är lika. Det är som skillnaden mellan de verktyg som kan användas för att forma metall och de som används för att forma plast, och båda är helt olika koncept som är avsedda att hantera olika materialbeteenden och krav på produktillverkning. Det är viktigt för ingenjörer, designers och tillverkare att känna till de huvudsakliga skillnaderna mellan stansverktyg för metallsprötning och stansverktyg för plastbearbetning.
1. Den centrala utmaningen: Materialbeteende
Metallstansverktyg: Dessa verktyg har ett problem med plastisk deformation i fast form. Mellan komponenterna i verktyget placeras en metallplåt eller spole (t.ex. stål, aluminium, koppar). Användningen av stort tryck (tonnage) tvingar metallen att permanent ge vika, den böjs, sträcks, skärs eller dras till en möjlig form utan att smälta. Här läggs vikt vid att övervinna metallets sträckgräns och hantera återfjädring (metallens tendens att återgå till sin ursprungliga form).
Plastbearbetningsverktyg (formar): Dessa fungerar med smält eller mycket mjukgjord material. Plastpiller smälts tills de kan flöda som en viskös vätska. Denna smält används därefter under tryck eller pressas in i en formhålighet. Plastens fryser i formen och får sin slutliga form. Detta beror på svårigheterna att kontrollera flödesdynamiken, säkerställa att hela formhåligheten fylls, kontrollera kylprocessen så att felen minimeras (såsom sjunkningar eller vridning) och att den stelnade delen lätt kan avlägsnas.
2. Verktygsdesign & konstruktionsprioriteringar
Verktyg för metallstansning:
●Styrka & slitstyrka: Av högsta vikt. Verktygen måste tåla stora och ofta återkommande stötar samt skrapning och slitage från rörliga metallkontakter. Verktygsstål (såsom D2, A2) eller till och med cementering är typiskt och hårdas ofta till mycket hög hårdhet på Rockwell C-skalan.
●Exakt passage: Skärningen sker med ett mycket litet avstånd mellan stansen och formskålen vid skärningsoperationer för att undvika överdrivna grader och/eller skador på verktygen som används.
●Tryckapplikation: Konstruktionen syftar till att överföra stora tonnage effektivt med starka strukturelement (stansar, formskålar, underplattor).
●Ofta: Stansverktyg av många olika former, särskilt relaterade till böjnings- eller enkla skärningsmetoder, kräver inte samma omfattande komplexitet som plastmönster.
●Plastbearbetningsverktyg (mönster):
●Komplex kavitet och kärna: Verktyget bestämmer den komplexa yttre (kavitet) och inre (kärna) geometrin för den aktuella plastartikeln. Komplexiteten kan vara mycket hög.
●Kylsystem: Ett internt system av kylkanaler (vatten eller olja) är nödvändigt. Optimerad, jämn kylning har en direkt påverkan på cykeltid och delarnas kvalitet.
●Instickssystem: Sprue:n, löpargångarna och portarna, genom vilka smältplast avges till formhålan, kommer ut från maskinmunstycket. Designen påverkar flödesmönster, fyllningstryck och delarnas utseende.
●Utkastningssystem: Stift, höljen eller lyftmekanismer placeras noga för att kasta ut den nedkylda delen ur formen utan att skada den.
●Ventilation: Ventilation sker genom små kanaler eller hål för att släppa ut innesluten luft när smältan kommer in i formhålan, för att undvika brännskador eller ofullständig fyllning.
●Material: Kan vara hårdade verktygsstål (P20, H13, S7) eller rostfritt stål av olika slag, men ytbehandlingen och korrosionsbeständigheten (särskilt vid vissa plaster) är också viktiga faktorer.
3. Produktionsmiljön
Metallstansning: Det utförs vanligtvis på en mekanisk press eller hydraulisk press. De är ofta extremt snabba i sin verksamhet (hundratals delar per minut kan produceras, från enkla komponenter). Detta är normalt en kall process, även om det finns vissa specialiserade formningsprocesser som innebär uppvärmning. Friktion och slitage minskas ofta med smörjmedel.
Plastbearbetning: Så här utförs plastframställning huvudsakligen med hjälp av injektorer, men även andra metoder som blåsformning, kompressionsformning etc. Processens natur innebär en betydande mängd värme: smältning av plast följt av kylning i formen. En cykel kan variera mellan sekunder och minuter beroende på delens storlek och väggarnas tjocklek. Kylningseffektiviteten har stor påverkan på cykeltiden. Smörjmedel kan ibland frisättas, även om dessa inte är lika universella som stansningssmörjmedel.
4. Livslängd & Nötningssystem
Metallstansverktyg: Slitage på grund av abrasion - huvudsakligen metall mot verktygsstål, adhesivt - gallning. Skador kan bli trubbiga. Det förekommer utmattningssprickor på grund av höga cykliska belastningar. Underhåll kan omfatta slipning, utbyte av slitna delar eller infogning av inlägg. Livslängden mäts traditionellt i hundratusentals eller miljontals slag för väl underhållna verktyg.
Plastformverktyg (formar): Slagetyper som uppstår är abrasiva fyllnader i plast, korrosion orsakad av vissa polymerer eller kylvatten samt potentiell erosion på grund av hög hastighet hos plastsmältan. En kosmetisk egenskap som påverkas av poleringsnedbrytning på formens yta är delens utseende. Underhåll omfattar polering, reparation av ytskador samt avlägsnande av blockeringar i kylkanaler eller kylvädringsöppningar. Livslängden är också generellt mycket lång (hundratusentals till miljontals cykler), även om den är mycket känslig för typen av plast som används samt underhåll.
Varför skillnaden spelar roll
Att välja fel form av verktygsdesignfilosofi till materialet är en förutsättning för misslyckande. Ett verktyg som används i tryckning av material ur metall har inte dessa kylkanaler och portsystem som plast kräver. Ett avtryck i plast skulle inte tåla vibrationerna från stålpressning. Det här är de grundläggande skillnaderna: deformering i fast form och smältbearbetning, behovet av att optimera kylning och noggrann tolerans, flödesstyrning och återfjädringsstyrning, och dessa måste förstås för att:
● Uppkonstruera effektiv, slitstark verktyg.
●Optimera tillverkningsprocesser.
●Välja lämpliga material för verktyget självt.
●Felsöka produktionsproblem effektivt.
●Uppskatta verktygs- och delkostnader korrekt.
Även om båda typerna av stansar är precisionsinstrument, nödvändiga i massproduktion, så regleras deras design, konstruktion och funktionalitet av helt olika fysikaliska principer, beroende på om metaller och plaster omvandlas från råbearbetning till färdigdelar. Detta är en grundläggande skillnad som skapar stora möjligheter inom tillverkning.