Gioco fra punzone e matrice per sbarre in rame e alluminio

Il gioco è la distanza tra il tagliente del punzone e il tagliente del matrice. È un singolo numero, facile da sbagliare, e sulle sbarre in rame è sbagliato più spesso di qualsiasi altro parametro dell'attrezzatura. La maggior parte delle linee guida pubblicate è stata redatta per la stampa su lamiera da 1-3 mm; le sbarre in rame hanno uno spessore di 6-20 mm di rame morbido, duttile e che si work-hardening. Le percentuali si trasferiscono. Le conseguenze no.

Esistono due convenzioni e differiscono di un fattore due. Il gioco totale è la differenza tra l'apertura della matrice e la dimensione del punzone. Il gioco per lato è la metà di quella, ovvero il gioco radiale in un qualsiasi punto attorno al perimetro. Un grafico del fornitore che indica "rame, 20%" e un laboratorio che ne applica il 10% possono descrivere identiche attrezzature. La convenzione usata da un numero deve essere stabilita prima di confrontarla con qualsiasi altra cosa.

Cosa indica il taglio

Un foro punzonato in una sbarra in rame presenta quattro zone, visibili sul foro e riflesse sullo scarto. La loro lettura è la diagnosi più rapida disponibile e non costa nulla.

L'arrotondamento (rollover) si trova sulla faccia di entrata del punzone, dove il materiale cede e viene trascinato nel foro prima di essere tagliato, lasciando un bordo arrotondato. La profondità dell'arrotondamento aumenta con il gioco, l'usura degli utensili e la morbidezza del materiale, quindi non è di per sé un difetto. Sul rame annealed è sempre visibile.

La brillatura (burnish) è la fascia luminosa sotto l'arrotondamento, dove la parete del foro è stata strofinata dal fianco del punzone. È liscia e dritta, e dimensionalmente è il foro. La guida agli utensili di Dayton Lamina descrive il gioco ottimale come quello che produce uno scarto con una superficie brillante di circa un terzo dello spessore del materiale e un piano di frattura uniforme in linea con essa, il che funziona anche come regola di accettazione per le sbarre in rame.

La frattura è la parte opaca e ruvida rimanente. Scorre obliquamente perché la fessura si propaga dal bordo del punzone a quello della matrice, e il gioco imposta quell'angolo. Una superficie di frattura dritta, uniforme e continua con la fascia brillante indica che le due fessure si sono incontrate. È l'intero obiettivo.

Il bavaglio (burr) si trova sulla faccia di uscita del punzone: l'ultimo legame di materiale che si allunga e strappa anziché essere tagliato. L'altezza del bavaglio aumenta con il gioco, con l'usura del tagliente e con la morbidezza del materiale.

Due firme di errore sono più importanti delle altre. Una seconda zona di taglio, ovvero un secondo anello brillante a metà della parete con un gradino tra i due, indica che la fessura proveniente dal punzone e quella proveniente dalla matrice non si sono incontrate sullo stesso piano e il materiale tra di esse ha dovuto essere tagliato due volte. Questo è il risultato di un gioco troppo piccolo. Un grande arrotondamento con un bavaglio sottile e irregolare e una fascia di brillatura molto corta è il risultato di un gioco troppo grande.

Per ogni nuovo set di utensili va conservato uno scarto, etichettato con materiale, spessore e gioco. Confrontare uno scarto sospetto con uno noto buono richiede quindici secondi e risolve la maggior parte delle discussioni sulla necessità di una regolatura dell'utensile o su un gioco errato.

Gioco come percentuale dello spessore, per lato

L'espressione di lavoro è:

c = k × t          (clearance per side, mm)
die opening = punch size + 2c

dove t è lo spessore del materiale e k è il rapporto di interasse. Per le barre in rame, k si colloca in una fascia del 5-12% per lato. Al di sotto del 5% si entra nella zona di seconda tranciatura e danni da calore. Al di sopra di circa il 12% su barre spesse, il controllo dell'arrotondamento e del punzone diventa predominante. Un valore comune di lavoro è circa il 10% per lato, che è la cifra sulla quale si attestano la maggior parte dei fornitori di utensili per barre semidure.

La fascia, calcolata per gli spessori che si riscontrano nei quadri elettrici:

Quindi, per il rame da 6 mm serve circa 0,3-0,7 mm per lato, e per il rame da 10 mm circa 0,8-1,2 mm per lato, lavorando nella metà superiore della fascia. Approssimative a occhio, quelle aperture di matrice possono sembrare sorprendentemente large rispetto al punzone, se si ha esperienza con lamiera sottile. Sono corrette. La matrice per un punzone da 13 mm su rame da 10 mm con il 10% per lato è di 15 mm, e il foro prodotto avrà una misura vicina a 13 mm, perché è la zona di brillatura a definire il diametro, non la matrice.

Le tabelle pubblicate variano, e per un motivo. La guida utensili di Conic assegna al rame un rapporto di interasse di 0,20-0,25 come valore totale per presse servo e idrauliche, ovvero 10-12,5% per lato, con la nota di moltiplicare per 1,4 sopra uno spessore di 3,2 mm. Preso alla lettera, questo porta il rame spesso al 14-17% per lato. UniPunch indica il rame al 20% dello spessore per temper semidura e al 25% per temper dura, sempre come valore totale. Il lavoro di Dayton sull'interasse calcolato, che si riferisce alla stampaggio di lamiera sottile, prevede valori ancora più alti. La dispersione è reale e non imprecisa: l'ottimo dipende se la priorità è la vita dell'utensile, il beccuccio minimo o la ripetibilità dimensionale, e queste tre non raggiungono il picco alla stessa interasse.

Interasse insufficiente

La frattura dal punzone e quella dalla matrice iniziano ciascuna dal proprio bordo tagliente e propagano l'una verso l'altra. Con l'interasse corretta, si trovano sullo stesso piano e si congiungono. Con interasse insufficiente, scivolano l'una accanto all'altra, e il legame di materiale tra di esse deve essere strappato in una seconda azione. Questo comporta una banda di seconda tranciatura, un foro irregolare e irregolare, e un foro sottodimensionato rispetto al punzone.

Le conseguenze sull'utensile sono peggiori di quelle sul pezzo. Il rame satura sul fianco del punzone dopo la tranciatura, quindi con interasse ristretta il foro si stringe sul punzone e ogni corsa termina con un montaggio a interferenza che deve essere forzato all'estratto. La forza di estrazione aumenta, il fianco si logora e il calore per frizione si accumula alla punta. Gli esempi sul campo di Dayton mostrano decolorazione dietro la punta esattamente per questo meccanismo, con il trattamento termico del punzone danneggiato e la sua vita conclusa ben prima che il bordo stesso sia usurato. Nei casi gravi la punta si incrina e si stacca.

È l'estrazione, non la corsa di taglio, dove avviene gran parte dell'usura. Dayton stima che possa arrivare fino a due terzi dell'usura totale del punzone, ed è interamente funzione di quanto saldamente il foro stringe sul fianco. Questo è l'argomento più forte contro l'uso di un'interasse nella fascia bassa per il rame. Il rame è morbido, quindi la pressa non si lamenta. Il conto degli utensili, sì.

La tonnellata di picco aumenta anche con interasse ristretta, perché una porzione maggiore dello spessore viene tranciata invece che fratturata. Su una macchina con poca margine di riserva, questa è una possibile strada per un morsetto bloccato sulla barra più spessa del lavoro.

Interasse eccessiva

Il materiale si flette nella matrice prima di essere tagliato. L'arrotondamento cresce, la zona di brillatura si riduce, la zona di frattura predominante sulla parete e l'altezza del beccuccio aumenta. Il fuori quadro e il bordo non è più quadrato, il che è importante dove il foro è superficie di giunzione bullonata.

Il guasto operativo è l'estrazione del circle. Con l'aumento dello smusso, il circle diventa più libero nel matrix e risale con il punzone al momento del ritiro invece di cadere. Atterra sulla barra e viene premuto nel foro successivo, o si incastra nello spogliatore. Sul rame i meccanismi sono l'adesione del film d'olio e il vuoto formato tra il circle incurvato e la faccia del punzone. L'adesione magnetica, il terzo colpevole abituale sulle lavorazioni in acciaio, non si applica.

Le contromisure sono meccaniche: un perno espulsore a molla nella faccia del punzone con un foro di sfiato laterale, un angolo di taglio che incurva il circle in modo che la sua stessa elasticità lo liberi, o un matrix con una zona di taglio corta seguita da un restringimento più stretto che afferra il circle impedendogli di risalire. Limitare l'ingresso del punzone nel matrix a circa 0,5–0,8 mm in fondo alla corsa aiuta, poiché un ingresso profondo crea più vuoto in fase di uscita. L'elenco completo e il valore di ciascuna soluzione sono in vita dello strumento e costo per foro.

Fori piccoli in barre spesse

Le barre in rame hanno un problema geometrico che la stampa a lamiera sottile non ha. Un foro passante M12 misura 13 o 13,5 mm. In una barra da 10 mm il rapporto tra diametro del foro e spessore è circa 1,3; in una barra da 12 mm è circa 1,1. Si tratta di un foro corto e profondo, che non si comporta come un foro da 25 mm in un lamiera da 3 mm.

Al di sotto di un rapporto diametro/spessore di circa 1,5, il circle diventa difficile da piegare e staccare. La carica sul punzone aumenta, la banda di lucidatura si allunga, il barbatuccio cresce e il foro risulta sottodimensionato. La raccomandazione di Dayton è di aggiungere l'1% per lato allo smusso nominale quando il foro scende a 1,5 volte lo spessore, fino a circa il 4% per lato in più quando il diametro del foro è uguale allo spessore. Applicato a un foro da 13 mm in rame da 12 mm, questa correzione non è opzionale, e spiega perché un kit di utensili che funziona perfettamente a 6 mm si comporta male a 12 mm con la stessa percentuale nominale.

I dati sulla vita utensile di PASS Stanztechnik confermano l'approccio opposto: i loro fattori di riduzione sono 0,6–0,8 per una geometria di taglio inferiore a 1,5 volte lo spessore del lamiera e 0,3–0,5 per una inferiore a 1,0 volte lo spessore. Un foro piccolo in una barra spessa costa tra metà e due terzi della vita utensile che si otterrebbe altrimenti.

Forza di punzonatura e influenza della geometria della punta

La forza necessaria è l'area sottoposta a taglio moltiplicata per la resistenza a taglio del materiale, F = perimetro × t × τ, oppure F = π × d × t × τ per un foro tondo. Esempi calcolati e un set di riferimento delle resistenze a taglio sono nell'articolo complementare sulla dimensionamento della forza per il punzonaggio di barre in rame, e il calcolo diretto è nel calcolatore di forza per punzonaggio di barre in rame.

Lo smusso interagisce con questo, e anche la geometria della punta. Un punzone a faccia piana taglia l'intero perimetro in una volta, quindi l'intera forza arriva come un picco e lo scarico per rottura improvvisa è violento. Affilare la faccia del punzone sfalsa il taglio e il tonnellaggio di picco diminuisce, ma sulle barre spesse la riduzione è inferiore a quanto suggerisce il marketing. La tabella dei fattori di taglio di H. Weiss indica, su materiale da 1/4 in (6,35 mm), un fattore di 0,90 per una profondità di taglio di 1/16 in (1,6 mm), 0,85 per 3/32 in (2,4 mm) e 0,65 per 3/16 in (4,8 mm). Un taglio superficiale su rame spesso compra il 10%. Ottenere il 35% richiede una profondità di taglio che si avvicina ai tre quarti dello spessore della barra, ovvero una punta lunga e fragile.

Piana dà la forza di picco più alta, il foro più quadrato e il circle più piatto. Taglio singolo, una faccia affilata a angolo sul punzone, dà la maggiore riduzione di forza ma spinge il punzone di lato, e su un punzone per barre in rame corto e robusto quel carico laterale finisce nella guida e nello spogliatore. A tetto, simmetrico rispetto all'asse, bilancia i carichi laterali ed è la scelta abituale per tutto tranne i fori più piccoli. Per la foratura, mettere il taglio sul punzone anziché sul matrix: il membro che porta l'angolo deforma il suo lato del taglio, e in un foro forato il circle è rottame mentre la barra è il prodotto.

L'alluminio non è rame, e la 6101 non è la 1350

L'alluminio cambia due cose. La resistenza a taglio cala di molto, e non cala in modo uniforme tra i gradi usati per le barre in rame.

I gradi di conduttori in alluminio 1xxx morbidi hanno una resistenza al taglio intorno a 60-80 N/mm²; UniPunch indica 1100-O a 62 N/mm² e 1100-H14 a 76 N/mm², che è l'ordine corretto per la barra 1350-H111. Barre in lega e trattate termicamente sono un materiale diverso. La resistenza al taglio pubblicata per la 6101-T6 è circa 22 ksi, vale a dire circa 150 N/mm², e la 6061-T6 è indicata a 207 N/mm². Progettare un press o un set utensili per "alluminio, 80 N/mm²" e poi ricevere barra 6101-T6 raddoppia quasi la forza effettivamente necessaria. Lega e tempera devono essere stabilite prima del calcolo della tonnellata.

La compensazione per le sbarre in alluminio è leggermente inferiore a quella del rame allo stesso spessore, tipicamente circa l'8-10% per lato, poiché la minore resistenza al taglio lascia che la frattura si propaghi facilmente. Il problema dell'alluminio è l'adesione. Aderisce all'acciaio per utensili, si accumula sulla flancio dello punzone, poi graffia i prossimi cento fori. La copertura aiuta, e PASS Stanztechnik indica un fattore di vita utensile di 2,0-4,0 per una copertura appropriata, ovvero una lega specifica per alluminio piuttosto che un TiN generico. La lubrificazione aiuta di più. Il fattore di riduzione di PASS per l'uso senza lubrificazione del foglio è 0,4-0,6, quindi forare a secco sbarre in alluminio è un falso risparmio.

La tempera del rame conta allo stesso modo. Secondo EN 13601, la barra Cu-ETP è fornita come R220 morbida ricotta a 220-260 N/mm² di trazione, R240 semidura a 240-300 e R290 dura a 290-360. Le differenze sono abbastanza grandi perché un set utensili calibrato per una tempera non sia ottimale su un'altra.

Specifica del bavetta sul disegno

La maggior parte dei disegni di sbarre non dice nulla sul bavetta, e poi l'ispezione respinge i pezzi contro uno standard non scritto. Il meccanismo per dichiararlo correttamente è ISO 13715, Documentazione tecnica di prodotto — Bordi di forma indefinita — Indicazione e quotazione, terza edizione 2017.

Lo standard fornisce un simbolo grafico posizionato sul bordo, con un segno e un valore all'interno. Il segno ha il seguente significato:

• + indica il materiale in eccesso consentito, che lo standard chiama passing. Un bavetta è esplicitamente definito come un caso speciale di passing esterno. Un singolo valore positivo significa che l'altro limite è zero, quindi il sott taglio non è consentito.
• − indica la rimozione di materiale richiesta, un undercut. Un singolo valore negativo significa che il passing non è consentito, quindi non è permesso alcun bavetta e il bordo deve essere smussato.
• ± indica che entrambe le opzioni sono consentite e può essere utilizzato solo con un valore di dimensione.

La dimensione è la massima deviazione consentita, scritta dopo il segno. I limiti superiore e inferiore possono essere entrambi forniti, sovrapposti. ISO 13715 prevede anche l'indicazione della direzione in cui è consentito il passing o l'undercut, che è la clausola che conta di più sulle sbarre, poiché un bavetta sulla faccia di giunzione di una connessione bullonata è un problema diverso da un bavetta sulla faccia libera.

ISO 13715 non indica quale numero scrivere. Questo deriva dalla funzione del bordo:

• Faccia di giunzione bullonata: il bavetta si trova tra due conduttori di accoppiamento e li tiene separati, riducendo l'area di contatto e aumentando la resistenza della giunzione. Poiché IEC 61439 stabilisce un limite di aumento di temperatura di 70 K sui morsetti per la connessione di conduttori esterni, la resistenza della giunzione è una questione di conformità piuttosto che estetica. Specificare il lato del bavetta e specificarlo in modo stretto.
• Fori passaggio per dado del bullone: un bavetta qui interferisce con il montaggio e può graffiare il bullone. Un controllo moderato è sufficiente.
• Bordi vicino a una barriera isolante o un interstizio d'aria: una questione di distanza e di percorrenza secondo IEC 60664-1, poiché un bavetta appuntito e sollevato aumenta localmente l'intensità di campo. È anche qui che a volte si afferma che uno standard imponga la smussatura. Nessuno lo fa. Il trattamento del bordo è un mezzo per soddisfare le disposizioni dielettriche, non un requisito di per sé.

Per gli schemi di foratura secondo DIN 43673-1, che fissa la posizione e la dimensione dei fori più i dati di base per le viterie sulle sbarre rettangolari, la specifica del bavetta appartiene allo stesso disegno dello schema.

Quando il limite è sufficientemente stretto perché la sola punzonatura non possa garantirlo, è necessaria una successiva operazione piuttosto che una compensazione ancora più stretta. La spazzolatura o la levigatura a nastro deburring su una macchina come la BND800-2, che lavora barre da 0,5 a 50 mm di spessore e da 100 a 800 mm di larghezza, elimina la discussione. Inseguire un bavetta da 0,05 mm stringendo la compensazione costa vita utensile e qualità del foro allo stesso tempo.

Regolatura e verifica sulla macchina

Il gioco è una caratteristica dell'utensile, non della pressa, quindi su una punzonatrice per barre di rame è fissato all'ordine della punta e del matraccio e verificato al momento del montaggio. Misurare punta e matraccio separatamente e calcolare il gioco piuttosto che fidarsi dell'etichetta; una punta lavorata di fresatura sul fianco invece che sulla faccia non è più della dimensione impressa. Poi verificare la concentricità, perché un dato per lato deve valere su tutto il perimetro. Una punta fuori asse di 0,1 mm con un gioco nominale di 0,8 mm dà 0,7 mm su un lato e 0,9 mm sull'altro, e lo sbavatura sarà visibilmente asimmetrica. Su un centro di lavorazione con torretta multi-stazione con posizionamento di ±0,05 mm, l'allineamento della stazione e la pulizia della torretta fanno parte della catena di gioco.

L'effetto di questo flusso plastico locale sulla planarità della barra è trattato in planarità, dritto e torsione dopo la lavorazione, e la panoramica del processo di punzonatura illustra la posizione del foro nel resto del percorso.