จะปรับปรุงความทนทานต่อการสึกหรอของแม่พิมพ์ในการปั๊มโลหะแบบต่อเนื่องได้อย่างไร?

เมื่อฉันเริ่มเปิดร้านปั๊มโลหะแบบก้าวหน้า ฉันคิดว่าการสึกหรอของแม่พิมพ์เป็นเพียงส่วนหนึ่งของงาน ซึ่งเป็นสิ่งที่ช่างประทับตราทุกคนต้องเผชิญ เช่น อากาศหนาวเย็นในฤดูหนาวหรือเครื่องจักรที่ไม่เคยทำงานได้อย่างราบรื่น จากนั้นเราก็ทำสัญญาสำหรับยานยนต์ปริมาณมากชิ้นส่วนประทับตราโลหะs และการสตาร์ทแม่พิมพ์ของเราล้มเหลวที่ครึ่งหนึ่งของอัตราการวิ่งที่คาดไว้ ทันใดนั้น การสึกหรอ "ปกติ" ก็กลายเป็นปัญหามูลค่า 12,000 ดอลลาร์ เช่น การหยุดทำงาน การเจียรใหม่อย่างเร่งรีบ และลูกค้าที่เกือบจะประกันตัวตามคำสั่งซื้อที่ใช้เวลานานเป็นปี นั่นคือตอนที่ฉันหยุดรักษาการสึกหรอของแม่พิมพ์ตามที่กำหนด และเริ่มมองว่ามันเป็นปริศนาทางวิศวกรรมที่แก้ไขได้ หากคุณคือผู้จำหน่ายเครื่องปั๊มโลหะแบบก้าวหน้า (เช่นฉัน) หรือผู้ผลิตที่ต้องพึ่งพาการปั๊มโลหะแบบก้าวหน้าสำหรับชิ้นส่วนที่มีปริมาณมากและมีความทนทานสูง นี่ไม่ใช่แค่รายละเอียดทางเทคนิคเท่านั้น แต่ยังเป็นความแตกต่างระหว่างการบรรลุโควต้าการผลิตและการสูญเสียงานที่ทำกำไร นี่คือสิ่งที่ฉันได้เรียนรู้ผ่านการลองผิดลองถูก เกี่ยวกับการเพิ่มความต้านทานการสึกหรอของแม่พิมพ์ทีละขั้นตอน

สิ่งแรกที่ฉันหยุดซื้อคือเหล็กกล้าเครื่องมือราคาถูก ในตอนแรก ฉันจะเลือกราคาต่อปอนด์ที่ต่ำที่สุด เพราะฉันคิดว่าเหล็กกล้าเครื่องมือ D2 หรือ S7 ทั้งหมดนั้นผิดเหมือนกัน เหล็กกล้าเครื่องมือบางชนิดไม่ได้รับความร้อนเท่ากัน และความแตกต่างเพียงเล็กน้อยก็ส่งผลกระทบอย่างมากต่อการสึกหรอ ผมขอแจกแจงรายละเอียดนี้ก่อน: D2 เป็นเหล็กกล้าเครื่องมือที่มีคาร์บอนสูงและมีโครเมียมสูงซึ่งเหมาะสำหรับการต้านทานการสึกหรอ แต่เฉพาะในกรณีที่คุณชุบแข็งในช่วง Rockwell C (HRC) ที่เหมาะสม ซึ่งปกติจะอยู่ที่ 58 ถึง 62 ขึ้นอยู่กับการใช้งาน หากตัวทำความร้อนของคุณเร่งกระบวนการและทำได้เพียง HRC 55 แม่พิมพ์ก็จะสึกหรอเร็วขึ้น 30% ง่ายขึ้น ปีที่แล้ว เราเปลี่ยนมาใช้เครื่องทำความร้อนในพื้นที่ซึ่งเชี่ยวชาญด้านการปั๊มแม่พิมพ์ และเราเพิ่มขั้นตอนก่อนการบำบัด: การแช่แข็งด้วยความเย็นหลังการอบคืนตัว ซึ่งจะดึงออสเทนไนต์ที่ตกค้าง (เฟสอ่อนและไม่เสถียรในเหล็ก) ออกมา ซึ่งทำให้เกิดการสึกหรอก่อนเวลาอันควร ตอนนี้ เรายังระบุเหล็กกล้าเครื่องมือที่มีโครงสร้างเกรนที่ละเอียดกว่า คาร์ไบด์ที่มีขนาดเล็กกว่าในเมทริกซ์เหล็ก ส่งผลให้การบิ่นและการเสียดสีน้อยลงเมื่อเวลาผ่านไป ฉันเคยเห็นร้านอื่นๆ ข้ามขั้นตอนนี้ และแม่พิมพ์ของพวกเขาต้องการการบดใหม่ทุกๆ 100,000 ชิ้นส่วน; ขณะนี้ชุดแม่พิมพ์ D2 ของเราใช้งานชิ้นส่วนได้มากกว่า 250,000 ชิ้นก่อนการบดครั้งแรก ซึ่งช่วยลดต้นทุนการบำรุงรักษาแม่พิมพ์ของเราลง 40% ในหกเดือน

ต่อไป เราได้ปรับการออกแบบเปล่าและการจัดการวัสดุสำหรับชิ้นส่วนที่เราประทับตรา ช่างประทับตราจำนวนมากคิดว่าการสึกหรอของแม่พิมพ์มาจากเครื่องมือเท่านั้น แต่ตัววัสดุในการทำงานเองก็เป็นปัจจัยสำคัญเช่นกัน หากคุณกำลังปั๊มเหล็กโลหะผสมต่ำ (HSLA) ความแข็งแรงสูง สแตนเลส หรือแม้แต่ทองเหลืองที่มีการเคลือบผิวหนา วัสดุเหล่านั้นจะมีฤทธิ์กัดกร่อนมากกว่าเหล็กรีดเย็นมาตรฐาน (CRS) เมื่อปีที่แล้ว เราเริ่มทดสอบการตกแต่งพื้นผิวของวัสดุสำหรับผลิตภัณฑ์ใหม่ทุกชิ้นการประทับตราฮาร์ดแวร์หรือส่วนที่กดลำดับที่ใช้วัสดุที่มีฤทธิ์กัดกร่อน: เราจะสุ่มตัวอย่างวัสดุ ทำการทดสอบการสึกหรอบนแม่พิมพ์ต้นแบบขนาดเล็ก และปรับการออกแบบเปล่าของเราเพื่อลดแรงเสียดทานที่จุดที่สัมผัสกัน ตัวอย่างเช่น เมื่อเราเริ่มปั๊มฉากยึดเหล็กชุบสังกะสีสำหรับลูกค้างานก่อสร้าง การเคลือบสังกะสีก็เกาะติดกับหมัดของแม่พิมพ์ การครูด และทำให้เกิดการสึกหรอเล็กน้อย เราแก้ไขปัญหานี้โดยเพิ่มรัศมีเล็กน้อยให้กับจุดเข้าเจาะ แทนที่จะเจาะขอบคมๆ ลงไปในสารเคลือบ ส่วนช่องว่างจะเลื่อนไปเหนือรัศมี นอกจากนี้เรายังเปลี่ยนจากการป้อนวัสดุแบบแมนนวลเป็นการป้อนม้วนที่ควบคุมด้วยเซอร์โวซึ่งให้ช่องว่างที่สม่ำเสมอและสม่ำเสมอทุกครั้ง ช่องว่างที่ไม่สม่ำเสมอจะเสียดสีกับขอบโพรงของแม่พิมพ์ในทุกจังหวะ ทำให้เกิดการสึกหรอโดยไม่จำเป็นซึ่งเหล็กเครื่องมือจำนวนเท่าใดก็ไม่สามารถแก้ไขได้ เคล็ดลับข้อหนึ่งที่ฉันได้รับจากช่างประทับตราผู้มีประสบการณ์ในงานแสดงสินค้า: ทดสอบวัสดุที่มีความหนาและผิวสำเร็จเท่ากันกับใบสั่งผลิตของคุณเสมอ ไม่ใช่ตัวอย่างจากชุดงานอื่น ช่องเปล่าที่หนาขึ้นเล็กน้อยจะเพิ่มแรงดันแม่พิมพ์ 15% หรือมากกว่านั้น และจะทำให้การสึกหรอเร็วขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป

การปรับปรุงพื้นผิวเป็นจุดที่เราเห็นประโยชน์สูงสุดในระยะยาว และเป็นขั้นตอนที่เราพลาดไปมานานหลายปี เราเคยใช้แค่ออยล์ดายและเรียกมันว่า "การหล่อลื่น" แต่นั่นคือการรักษาพื้นผิวสำหรับผู้เริ่มต้น ตอนนี้เราใช้วิธีการแบบเป็นชั้น ขึ้นอยู่กับการใช้งาน สำหรับแม่พิมพ์โปรเกรสซีฟส่วนใหญ่ของเรา เราจะทำการเคลือบผิวด้วยไอทางกายภาพ (PVD) ด้วยไทเทเนียมไนไตรด์ (TiN) หรือคาร์บอนคล้ายเพชร (DLC) หลังจากการตัดเฉือนและอบชุบแม่พิมพ์ด้วยความร้อน TiN มีราคาถูก มีความแข็งประมาณ 2,500 HV และใช้งานได้ดีกับวัสดุที่มีการเสียดสีต่ำ เช่น CRS หรืออะลูมิเนียม DLC มีความแข็งสูงถึง 4,000 HV และมีแรงเสียดทานต่ำ ซึ่งหมายถึงความร้อนน้อยลงและการหวดน้อยลงเมื่อปั๊มวัสดุที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเช่นสแตนเลส เราเริ่มใช้ DLC ตอนที่เราพัฒนายานยนต์ชิ้นส่วนประทับตราโลหะลำดับที่ผมได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ และการเปลี่ยนแปลงเพียงครั้งเดียวนั้นทำให้อายุการใช้งานของดายเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า แต่เรายังได้เรียนรู้ว่าการเคลือบเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอ คุณต้องทำให้พื้นผิวแม่พิมพ์เสร็จก่อนจึงจะเคลือบได้ แม่พิมพ์ที่มีรอยเครื่องมือหรือความหยาบ Ra 0.8 จะกักเก็บเศษวัสดุได้มากขึ้น เป็นรอยขีดข่วนบนผิวเคลือบ และทำให้เกิดการสึกหรอ ตอนนี้เราทำการขัดเงาระดับไมโครบนพื้นผิวสัมผัสของแม่พิมพ์ทั้งหมดก่อนการเคลือบ PVD ซึ่งจะทำให้ความหยาบลดลงเหลือ Ra 0.2 หรือต่ำกว่า ความแตกต่างคือทั้งกลางวันและกลางคืน แม่พิมพ์เคลือบของเราตอนนี้มีพื้นผิวเรียบและไม่ติด ซึ่งทนทานต่อการครูด แม้ว่าจะตีไปนับแสนครั้งก็ตาม สำหรับพื้นที่ที่มีการสึกหรอสูง เช่น มุมแม่พิมพ์หรือปลายพันช์ เรายังใช้การเคลือบทังสเตนคาร์ไบด์โดยใช้การเชื่อมด้วยสเปรย์ความร้อน ซึ่งจะเพิ่มความแข็งอีกชั้นพิเศษในส่วนที่สำคัญที่สุด นั่นคือการรักษาพื้นผิวแบบกำหนดเป้าหมายซึ่งช่วยให้คุณไม่ต้องเปลี่ยนชุดแม่พิมพ์ทั้งหมดก่อนเวลาอันควร

การปรับระยะห่างของแม่พิมพ์และระยะชักมีขนาดเล็ก แต่เป็นจุดที่ผู้ประทับตราจำนวนมากตัดมุม หากแม่พิมพ์ของคุณมีระยะห่างระหว่างช่องเจาะและช่องแม่พิมพ์น้อยเกินไป แสดงว่าคุณกำลังอัดวัสดุมากเกินไป ทำให้เกิดแรงเสียดทานและความร้อนที่สึกหรอต่อเครื่องมือมากเกินไป หากมีมากเกินไป คุณจะพบครีบ ซึ่งบังคับให้วัสดุเสียดสีกับด้านแม่พิมพ์ ทำให้เกิดการสึกหรอที่ขอบ สำหรับแม่พิมพ์แบบโปรเกรสซีฟ ระยะห่างจะขึ้นอยู่กับประเภทและความหนาของวัสดุ โดยทั่วไปแล้ว เราใช้ความหนาของวัสดุ 8-10% สำหรับการตัดที่สะอาด แต่เราปรับค่านั้นสำหรับวัสดุที่มีความแข็งแรงสูง (10-12%) หรือวัสดุที่มีการเคลือบแข็ง นอกจากนี้เรายังเริ่มตรวจสอบการจัดตำแหน่งระยะตายตัวทุก ๆ 50,000 ชิ้นส่วน เมื่อเวลาผ่านไป การโก่งตัวของแรงกดสามารถเปลี่ยนตำแหน่งของแม่พิมพ์ได้ ดังนั้นการเจาะจึงไม่ได้อยู่ตรงกลางช่องพอดี ซึ่งนำไปสู่การสึกหรอที่ไม่สม่ำเสมอ หมัดด้านหนึ่งสึกหรอเร็วกว่าอีกด้านหนึ่ง และในที่สุด แม่พิมพ์ก็เริ่มสร้างชิ้นส่วนที่มีครีบหรือข้อผิดพลาดด้านขนาด ตอนนี้เราใช้ตัวบอกตำแหน่งหน้าปัดเพื่อตรวจสอบการวางแนวระหว่างการบำรุงรักษาตามปกติ และเราจะปรับแกนของแท่นพิมพ์ทุกๆ 100,000 จังหวะ อีกอย่าง: เราเปลี่ยนวิธีการปรับความสูงของแม่พิมพ์ แทนที่จะตั้งค่าแม่พิมพ์เพียงครั้งเดียวในการตั้งค่าแล้วลืมไป เราจะปรับแต่งเล็กน้อย (ปกติคือ 0.001 นิ้ว) ทุกครั้งที่เราเปลี่ยนชุดวัสดุ ความสูงของแม่พิมพ์ที่แคบกว่าสำหรับวัสดุที่นิ่มกว่าจะช่วยลดความลาดเอียง ในขณะที่ความสูงที่หลวมกว่าเล็กน้อยสำหรับวัสดุแข็งจะช่วยป้องกันแรงกดที่มากเกินไป การปรับเปลี่ยนเล็กๆ น้อยๆ เหล่านี้ช่วยเพิ่มอายุการใช้งานของแม่พิมพ์ได้นานขึ้นถึง 20% จากข้อมูลของร้านค้าของฉัน

การบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ ไม่ใช่การแก้ไขเชิงรับ เป็นส่วนสุดท้ายของปริศนา พวกเราหลายคนสังเกตเห็นการสึกหรอของดายเมื่อชิ้นส่วนเริ่มมีรอยขรุขระ รอยขีดข่วนบนพื้นผิว การเปลี่ยนแปลงขนาดเท่านั้น เมื่อถึงเวลานั้น แม่พิมพ์ได้สูญเสียความแข็งไปแล้ว 5-10% และคุณก็ล้าหลังในการผลิตแล้ว ตอนนี้เราติดตามสองสิ่งในชุดแม่พิมพ์ทุกชุด: จำนวนการทำงาน และข้อมูลการตรวจสอบชิ้นส่วน ทุกครั้งที่เรารันแม่พิมพ์ เราจะบันทึกจำนวนชิ้นส่วนที่ผลิต และเราตรวจสอบชิ้นส่วน 10-15 ชิ้นเพื่อดูความสูงของเสี้ยน ความแม่นยำของขนาด และผิวสำเร็จ หากเราเห็นการเพิ่มขึ้นของเสี้ยนเพิ่มขึ้นเล็กน้อย (จาก 0.0005 นิ้วเป็น 0.001 นิ้ว) เราจะกำหนดเวลาการเจียรบางส่วนหรือการตกแต่งใหม่ก่อนที่จะเปลี่ยนเป็นการเปลี่ยนแม่พิมพ์ทั้งหมด นอกจากนี้เรายังใช้เครื่องทดสอบความแข็งของแม่พิมพ์แบบพกพาเพื่อตรวจสอบความแข็งของพื้นผิวที่สำคัญทุกๆ 50,000 ชิ้นส่วน หากความแข็งลดลงต่ำกว่า HRC 57 สำหรับเหล็ก D2 เราจะกำหนดเวลาให้ความร้อนและขัดเงาอีกครั้ง โดยไม่รอจนกว่าแม่พิมพ์จะสึกหรอเกินกว่าจะซ่อมได้ ไตรมาสที่แล้ว เราจับชุดแม่พิมพ์ที่เริ่มสูญเสียความแข็งบนขอบช่องแม่พิมพ์ เราแตะมันได้ในราคา 800 ดอลลาร์ แทนที่จะเปลี่ยนเป็น 5,000 ดอลลาร์ นั่นคือแนวทางเชิงรุกที่จะเปลี่ยนการสึกหรอของแม่พิมพ์จากความประหลาดใจที่มีค่าใช้จ่ายสูงให้กลายเป็นขั้นตอนการบำรุงรักษาที่วางแผนไว้และต้นทุนต่ำ

ฉันรู้ว่าผู้ประทับตราบางคนจะอ่านข้อความนี้แล้วพูดว่า "มันแพงเกินไป ทำไมฉันต้องลงทุนกับการบำบัดด้วยความเย็น การเคลือบ DLC และการบำรุงรักษาแบบคาดการณ์ล่วงหน้า" ให้ผมคำนวณให้คุณก่อน: ชุดแม่พิมพ์โปรเกรสซีฟชุดใหม่มีราคา 4,000-15,000 เหรียญสหรัฐ ขึ้นอยู่กับความซับซ้อน หากแม่พิมพ์ของคุณใช้ชิ้นส่วนได้ 100,000 ชิ้นก่อนที่จะต้องเปลี่ยน จะมีต้นทุนแม่พิมพ์อยู่ที่ 0.04 ถึง 0.15 ดอลลาร์ต่อชิ้นส่วน หากคุณลงทุน 1,500 เหรียญสหรัฐไปกับการอบชุบเหล็กกล้าเครื่องมือ การเคลือบ DLC และการขัดเงาแบบไมโคร และแม่พิมพ์เดียวกันนั้นใช้ชิ้นส่วนได้ 250,000 ชิ้น ต้นทุนแม่พิมพ์ของคุณจะลดลงเหลือ 0.016 ถึง 0.06 เหรียญสหรัฐต่อชิ้นส่วน ซึ่งเป็นการประหยัดต้นทุนโดยตรงซึ่งเพิ่มได้สูงสุดถึงหลายพันดอลลาร์สำหรับการสั่งซื้อชิ้นส่วน 1 ล้านชิ้น นอกจากนี้คุณยังหลีกเลี่ยงการหยุดทำงาน: เมื่อแม่พิมพ์ชำรุด คุณจะปิดเครื่องเป็นเวลา 4-8 ชั่วโมงเพื่อรอการเปลี่ยนหรือซ่อมแซม ในการประทับตราปริมาณมาก ชิ้นส่วนหลายร้อยชิ้นต่อชั่วโมงสูญเสีย ซึ่งหมายความว่าจัดส่งไม่ทันกำหนดเวลาและลูกค้าไม่พึงพอใจ

ท้ายที่สุดแล้ว การปรับปรุงความต้านทานต่อการสึกหรอของแม่พิมพ์ไม่ได้เป็นเพียง "เคล็ดลับ" ที่ยิ่งใหญ่เพียงข้อเดียว แต่เป็นการเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ ที่สอดคล้องกันตลอดกระบวนการทั้งหมดของคุณ ตั้งแต่การเลือกเหล็กกล้าเครื่องมือไปจนถึงการบำรุงรักษา หากคุณกำลังใช้การปั๊มโลหะแบบก้าวหน้าสำหรับชิ้นส่วนของคุณ ชุดแม่พิมพ์เป็นทรัพย์สินที่มีค่าที่สุดของคุณ และการดูแลชิ้นส่วนเหล่านี้จะทำให้การดำเนินงานของคุณมีกำไรและเชื่อถือได้มากขึ้น

หากคุณกำลังมองหาพันธมิตรด้านการปั๊มขึ้นรูปที่ก้าวหน้าซึ่งให้ความสำคัญกับอายุการใช้งานที่ยาวนานของแม่พิมพ์เพื่อความสม่ำเสมอและมีคุณภาพสูงชิ้นส่วนประทับตราโลหะ,การประทับตราฮาร์ดแวร์, หรือส่วนที่กดการผลิต เราพร้อมให้ความช่วยเหลือ ติดต่อเราเพื่อหารือเกี่ยวกับข้อกำหนดของโครงการของคุณ และวิธีที่เราจะเพิ่มประสิทธิภาพเพื่ออายุการใช้งานแม่พิมพ์ที่ยาวนานและประสิทธิภาพด้านต้นทุน

อ้างอิง:

1. แอสทาคอฟ รองประธาน (2549) ไทรโบโลยีของการตัดโลหะ เอลส์เวียร์
2. DeGarmo, EP, แบล็ก, JT, & Kohser, RA (2011) วัสดุและกระบวนการในการผลิต (ฉบับที่ 11) จอห์น ไวลีย์ แอนด์ ซันส์
3. ชอว์ พิธีกร (1996) หลักการตัดโลหะ (ฉบับที่ 2) สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด.
4. Tschätsch, H. และ Dietrich, J. (2012) ไทรโบโลยีประยุกต์: หลักการและการปฏิบัติ (ฉบับพิมพ์ครั้งที่ 2) สปริงเกอร์.