O que são matrizes progressivas?

As oficinas de estamparia de metal utilizam matrizes progressivas quando precisam fabricar milhares da mesma peça. A tira sai de uma bobina, passa pela matriz e uma peça acabada sai pela parte traseira. Cada golpe da imprensa faz todas as operações de uma só vez.

Vejo caras chamando-os de Prog Dies no chão. Alguns veteranos ainda dizem que gangues morrem, mas esse termo caiu em desuso por volta dos anos 80.

A ideia básica

Você tem uma tira de material. Pode ser 0,020 laminado a frio, pode ser 0,062 inoxidável, seja qual for o trabalho. A tira indexa através da matriz, um passo de cada vez. A estação 1 pode fazer furos piloto. A estação 2 abre um slot. A Estação 3 coloca uma lança. A Estação 4 faz sua primeira forma. E assim sucessivamente até que a última estação corte a peça do transportador.

A faixa de suporte é o que mantém tudo unido. Você precisa de material suficiente nas laterais para evitar que a tira caia. Muito magro e o strip anda. Muito largo e você desperdiça material. A maioria dos trabalhos que vejo utilizam transportadores entre 3 e 6 mm, dependendo da espessura do material.

Por que os pilotos são importantes

Os pilotos localizam a tira antes que a prensa feche. Sem bons pilotos você obtém erros progressivos. Isso significa que cada estação adiciona um pouco de desalinhamento até que suas últimas operações estejam erradas.

Os pilotos redondos funcionam bem para a maioria dos trabalhos. Algumas lojas usam pilotos de diamante no primeiro golpe para retirar qualquer resíduo na alimentação. Trabalhei em um lugar em Michigan que confiava em pilotos de ponta de bala, mas honestamente nunca vi muita diferença.

A folga do piloto para o furo varia talvez de 0,0003 a 0,0008 no diâmetro. Mais apertado que isso e você marca os buracos. Mais solto e você derrota o propósito.

Sequência de Estação

Não existe fórmula mágica aqui. Você define a sequência com base nos recursos que precisam ser incluídos primeiro.

Os pilotos sempre chegam cedo. Buracos antes dos formulários. Lance antes da dobra se a lança estiver perto da linha de dobra. O corte vai por último.

Às vezes você precisa de estações ociosas. Digamos que você tenha um formulário que precisa de espaço embaixo e não há espaço para o punção adjacente. Você pula uma estação. Custa um pouco, mas resolve a interferência.

As estações compostas fazem duas coisas ao mesmo tempo. Uma perfuração e uma forma em lados opostos da tira, por exemplo. Economiza o comprimento do passo, mas torna a matriz mais complicada de construir e manter.

Desenvolvimento de tiras

É aqui que os caras estragam tudo. Você tem que desdobrar a peça e descobrir quanto material você precisa. O tamanho da peça bruta deve levar em conta as tolerâncias de dobra. Lojas diferentes usam fatores K diferentes. Eu uso 0,42 para curvas de ar em aço-carbono abaixo de 90 graus. Sobe daí.

Depois de calcular o espaço em branco, você calcula o tom. Comprimento da peça mais alma entre as peças. A teia precisa ser suficiente para que você não obtenha distorção ao perfurar perto da borda. A regra prática é o mínimo de 1,5T. A maioria dos trabalhos progressistas que vejo executam 2T para serem seguros.

A largura da tira é a largura da peça bruta mais dois transportadores mais o acabamento. Em partes estreitas, você pode executar duas ou três saídas para obter melhor utilização. Isso significa várias peças ao longo da largura da tira.

A alimentação

A maioria das matrizes progressivas utiliza alimentações de ar ou alimentações servo. Os rolos também funcionam, mas escorregam em caldo oleoso. O feed deve ser sincronizado com a imprensa. Se a alimentação avançar enquanto os pilotos ainda estão nos furos, você rasga a tira.

A precisão do comprimento da alimentação é mais importante do que as pessoas pensam. Em um dado rodando 300 golpes por minuto, um erro de alimentação de 0,002 a cada acerto aumenta rapidamente. Quando você está na metade de uma bobina, você está fora da tolerância.

Erros de alimentação acontecem. Pode ser óleo nos rolos. Pode ser uma bobina com pontos apertados. Pode ser o controle do loop agindo mal. A maioria das matrizes possui detecção de falha de alimentação. Um sensor verifica o orifício piloto no local certo. Se não estiver lá, a imprensa para.

Tonelagem

A tonelagem da prensa deve cobrir todas as suas forças de corte e conformação, além de alguma margem de segurança. Some os perímetros de todos os seus cortes e multiplique pela espessura do material e resistência ao cisalhamento. Essa é a sua tonelagem de corte. A tonelagem de formação depende do comprimento da curvatura e da abertura da matriz em V. Existem gráficos para isso.

Já vi caras dimensionarem a impressora em 1,5 vezes a tonelagem calculada. Isso explica os golpes opacos e os pontos duros do material.

A tonelagem reversa também é importante. O snapthrough quando o punção rompe o material. Cargas de choque como essa desgastam as prensas e quebram as sapatas da matriz. O cisalhamento nos punções ajuda a distribuir a carga.

Liberação de punção e matriz

A folga não é a mesma para todos os materiais. O alumínio macio talvez tenha 6% da espessura de cada lado. Aço laminado a frio próximo de 8%. O aço inoxidável subiu cerca de 10 ou 12 por cento.

Muito apertado e você obterá cisalhamento secundário na borda cortada. Parece uma linha de quebra dupla. Também desgasta seus golpes mais rápido. Muito solto e você obterá capotamento e rebarbas pesadas.

Eu verifico a folga com um medidor de fio. Ou você pode azular uma peça de teste e observar a quebra. Você deseja talvez um terço de cisalhamento e dois terços de quebra para a maioria das aplicações.

Materiais de matriz

Os punções e botões de matriz geralmente são de aço para ferramentas. D2 é comum. Dura um bom tempo em aço-carbono. M2 de alta velocidade para materiais abrasivos ou longas tiragens. Metal duro para volumes muito altos ou inox que come tudo.

As sapatas da matriz são A36 ou ferro fundido. Algumas lojas oferecem conjuntos de matrizes de alumínio para trabalhos leves. Economiza peso ao trocar matrizes em uma prensa pequena.

Os strippers podem ser de aço ferramenta endurecido ou bronze. Bronze funciona bem quando você precisa que o removedor entre em contato com as características formadas sem marcá-las.

O que dá errado

Puxar lesmas é o grande problema. A bala gruda na face do soco e volta para cima. No próximo golpe você leva um soco entre o soco e a morte e algo quebra. Faces polidas ajudam. O mesmo acontece com o aspirador através do botão da matriz. Alguns caras preferem pinos ejetores com mola, mas eles adicionam complexidade.

Escoriações aparecem em aço inoxidável e alumínio. O material é soldado ao punção. Os revestimentos ajudam. TiN ou TiCN. Algumas lojas usam Lubricool ou lubrificantes semelhantes. Lubrificantes clorados funcionam muito bem, mas ninguém quer mais lidar com o descarte.

A quebra da faixa transportadora geralmente significa que sua teia é muito estreita ou que seus pilotos estão muito apertados. Ou alguém acionou a imprensa rápido demais. A tira endurece à medida que passa e eventualmente racha.

Manutenção

Os intervalos de afiação dependem do trabalho. Aço macio você pode obter 100.000 acertos entre afiações. Inoxidável talvez 30.000. Aço silício para laminações de motores ainda menos.

Quando você afia, você precisa manter tudo uniforme. Retire 0,002 dos punções e 0,002 do bloco de matriz. Caso contrário, suas alturas de fechamento ficarão fora de controle e suas folgas ficarão ruins.

Os pilotos também usam. A maioria das lojas substitui os pilotos quando eles têm diâmetro inferior a 0,001 ou mais. Depois disso, você começa a ver problemas de localização.

Eu executei dados além de 10 milhões de acertos em trabalhos fáceis. 2 ou 3 milhões é o mais típico antes de você precisar de um retrabalho significativo. As ferramentas de metal duro duram mais, mas custam mais no início.

Comparado com outros métodos

As matrizes de golpe único realizam uma operação. Você transfere manualmente o espaço em branco entre as matrizes. Ferramentas lentas, mas baratas.

As matrizes de transferência usam dedos mecânicos para mover peças individuais através de uma série de estações. Funciona para peças maiores onde a tira seria muito pesada. Ou peças com rebaixamentos profundos que necessitam de múltiplas reduções.

As matrizes progressivas fazem sentido quando você tem volume. As ferramentas custam mais, mas você recupera o tempo de ciclo. Abaixo de talvez 50.000 peças por ano, você provavelmente optará por um único hit. Acima de algumas centenas de milhares de vitórias progressivas geralmente.

Onde eles são usados

Contatos elétricos. Pinos terminais. Colchetes. Clipes de primavera. Laminações motorizadas. Quadros de chumbo para semicondutores. As pequenas abas que mantêm as baterias no lugar. Latas de blindagem para aplicações de RF.

Em qualquer lugar que você precise da mesma peça de tamanho pequeno a médio em chapa metálica, provavelmente existe uma matriz progressiva para fabricá-la.

As peças médicas também funcionam em matrizes progressivas. Grampos cirúrgicos. Componentes do implante. Esses trabalhos têm mais documentação e controles de processo mais rígidos, mas a tecnologia da matriz é a mesma.