O que é expansão térmica?

O aço cresce quando fica quente. No trabalho de estampagem, esse crescimento causa problemas.

Construo matrizes há 18 anos. As lojas em que trabalhei perderam milhares de dólares com peças que deram errado porque alguém não levou em conta o calor. Uma matriz progressiva funcionando a 600 golpes por minuto gera atrito. Esse atrito aumenta a temperatura do aço do punção e da matriz. O aço se expande. As autorizações que você aterrou ontem não são mais as autorizações que você tem hoje.

Os Números

O aço para ferramentas se expande cerca de 11 a 12,5 micrômetros por metro para cada grau Celsius de mudança de temperatura. Isso parece pequeno. Em uma seção de matriz de 200 mm, um aumento de temperatura de 30 graus adiciona cerca de 0,07 mm às suas dimensões. Você acabou de estourar sua tolerância em uma peça que precisava de ± 0,05 mm.

O aço D2, o aço A2 e a maioria dos aços-para ferramentas de endurecimento a ar ficam na faixa de 11 a 12,5. O carboneto é mais baixo, em torno de 5-6. O metal base que você está estampando tem seu próprio coeficiente. O alumínio se expande quase duas vezes mais que o aço. O inoxidável fica em algum lugar no meio.

Onde aparece

Wire EDM é o primeiro lugar onde a maioria das oficinas de matrizes vê a expansão térmica causar problemas reais. O fluido dielétrico controla a temperatura, mas a peça ainda aquece durante o corte. Um bloco que media 150.000 mm pela manhã poderia ler 150.015 mm à tarde. Algumas lojas não farão as medições finais até que a peça fique parada durante a noite.

Moer é pior. A roda gera calor no ponto de contato. Sem refrigerante de inundação, uma retificadora de superfície pode colocar calor suficiente em uma inserção de matriz para alterar o local do furo em vários décimos. As operações de retificação por gabarito usam sistemas de refrigeração-com temperatura controlada por esse motivo. As melhores oficinas mantêm o fluido de moagem dentro de 1 grau.

Durante a produção, a matriz aquece em um padrão previsível. As primeiras 50 peças geralmente apresentam dimensões diferentes das peças 500 a 1000. Operadores de prensa experientes sabem disso. Eles descartarão as primeiras fotos ou ajustarão a altura de fechamento da prensa após o aquecimento.

Problemas de montagem de matrizes

Um conjunto de matrizes construído à temperatura ambiente comporta-se de maneira diferente à temperatura operacional. O suporte do punção e a sapata da matriz se expandem. Os pinos-guia e as buchas se expandem. Se os materiais não corresponderem, o ajuste muda.

Já vi lojas usarem buchas-guia de bronze em sapatas de aço sem pensar na incompatibilidade térmica. O bronze expande mais que o aço. Sob calor, a bucha fica mais solta no furo. O dado começa a andar.

Os pinos-guia apresentam um problema semelhante. Um pino-com ajuste deslizante a 20 graus torna-se um pino solto a 40 graus . Algumas lojas usam um ajuste de interferência mais apertado para compensar. Outros aceitam o movimento e controlam-no com bloqueios de calcanhar.

O que funciona

Lojas com-temperatura controlada ajudam. Manter o ambiente a 20 graus ±1 grau torna a medição consistente. A maioria das salas de ferramentas em que trabalhei não tinha temperatura controlada. Você aprende a contornar isso.

Deixar as peças estabilizarem antes da usinagem final é mais importante do que a maioria das pessoas admite. Desbaste uma parte, deixe descansar por 24 horas e depois finalize. A peça alivia o estresse interno e atinge o equilíbrio com o ambiente. Suas dimensões finais se mantêm.

Procedimentos consistentes de inicialização na prensa reduzem a variação das peças. Execute a matriz por 15 minutos antes de guardar as peças. O aço atinge a temperatura operacional. As folgas são resolvidas.

Para matrizes que executam aplicações quentes de-alta{1}}velocidade ou canais de resfriamento de-materiais de calibre pesado-perfurados através das seções da matriz retiram o calor. A indústria automotiva utiliza-os extensivamente para operações de estampagem a quente, onde a peça bruta chega a 900 graus. Água ou óleo circulam através de passagens usinadas nas faces da matriz.

Compensação

Alguns designers de matrizes acrescentam compensação às suas impressões. Eles cortaram o perfil de fio EDM 0,01 mm abaixo do tamanho, sabendo que a peça cresceria em serviço. Esta abordagem requer dados de produção. Você precisa saber exatamente quão quente a matriz fica e quanto crescimento isso causa.

Em matrizes progressivas com múltiplas estações, cada estação pode expandir de forma diferente. As estações de formação geram mais calor do que as estações de moldagem. O layout da faixa deve levar em conta os efeitos cumulativos.

A maioria das lojas não calcula a compensação térmica. Eles constroem a matriz para imprimir, testam as peças e, em seguida, localizam e ajustam até que as peças saiam corretas. Isso funciona. Demora mais.

O que não funciona

Ignorar o problema não funciona. Já vi fabricantes de matrizes passarem dias perseguindo um problema dimensional que acabou sendo um desvio térmico na sala de moagem. A unidade AC ligou e desligou. A temperatura ambiente oscilou 5 graus. Cada parte saiu diferente.

Confiar no CMM sem verificar a temperatura ambiente não funciona. As máquinas de medição por coordenadas compensam sua própria expansão térmica. Eles não compensam a parte que fica no granito.

Apressar a inspeção final não funciona. Uma peça recém-retirada da máquina de arame não tem o mesmo tamanho de uma peça que ficou na bancada por quatro horas.

O resultado final

A expansão térmica é física. Todo fabricante de moldes sabe disso. Nem todo fabricante de moldes planeja isso. As oficinas que controlam seu ambiente, estabilizam suas peças e seguem procedimentos consistentes obtêm melhores resultados. As lojas que não gastam mais tempo ajustando morrem na imprensa.

Os números estão nos manuais. O coeficiente do seu aço está à distância de uma pesquisa no Google. A parte difícil é criar hábitos que responsabilizem o calor em todas as operações, todos os dias. Depois de 18 anos, ainda preciso me lembrar de deixar as peças esfriarem antes de medi-las.