5 распространённых проблем с матрицами для наконечников сверл и способы их устранения

Когда хорошие матрицы выходят из строя

Даже матрицы высшего класса для наконечников сверл выходят из строя преждевременно при неправильных условиях производства. Ключевое значение имеет разграничение между проблемами матрицы (дефект материала, производственная ошибка) и проблемами процесса (выравнивание станка, смазка, скорость подачи) — потому что способы устранения совершенно различны.

В этом руководстве рассматриваются пять наиболее распространённых режимов отказа матриц, способы диагностики первопричины и методы устранения каждого из них.

Проблема 1: Скол матрицы

Как это выглядит

Небольшие фрагменты края матрицы откалываются, оставляя видимые зазубрины или кратеры на рабочей поверхности матрицы. Образующиеся шурупы имеют неправильные наконечники сверл с отсутствующими или повреждёнными стружколомами.

Первопричины

Связанные с матрицей:

Твердосплавный материал с слишком мелким размером зерна (недостаточная ударная вязкость для данного применения)
Внутренние микротрещины вследствие производственного дефекта
Избыточная твёрдость при недостаточной ударной вязкости

Связанные с процессом (более распространены):

Неправильное выравнивание станка — неравномерные ударные усилия вызывают скол с одной стороны
Слишком высокая скорость подачи — чрезмерное ударное усилие превышает трещиностойкость матрицы
Посторонний материал (твёрдая частица в проволоке) — действует как точка удара
Неправильная установка матрицы — матрица не установлена ровно в держателе

Диагностика

Если скол происходит постоянно в одном и том же месте на каждой матрице → вероятно, проблема выравнивания станка
Если скол происходит случайно → вероятно, дефект материала или посторонняя частица
Если скол происходит немедленно на новых матрицах → сначала проверьте установку и выравнивание

Решения

Проверьте и откорректируйте выравнивание станка (наиболее распространённое решение)
Уменьшите скорость подачи на 10–15% и наблюдайте
Проверьте качество проволоки — проверьте на твёрдые включения
Перейдите на более ударостойкий сплав (более высокое содержание кобальта), если скол продолжается при правильном выравнивании
Рассмотрите нанесение покрытия CrN или TiN для защиты кромок

Проблема 2: Преждевременный износ

Как это выглядит

Размеры матрицы выходят из допуска быстрее, чем ожидалось. Ресурс матрицы составляет 50% или менее от того, что было достигнуто сопоставимыми матрицами от других поставщиков или предыдущих партий. Наконечники сверл шурупов постепенно становятся меньше номинального размера или теряют чёткость.

Первопричины

Связанные с матрицей:

Недостаточная твёрдость (недоспечённый твердосплавный материал или незакалённая быстрорежущая сталь)
Некачественное сырьё (переработанный твёрдый сплав или сталь, не соответствующая спецификации)
Плохое качество поверхности, увеличивающее трение

Связанные с процессом:

Недостаточная смазка — сухая штамповка резко ускоряет износ
Скорость станка, превышающая номинальную для матрицы
Твёрдость проволоки шурупа выше указанной — более твёрдая проволока изнашивает матрицы быстрее

Диагностика

Измерьте твёрдость матрицы твердомером Роквелла — сравните со спецификацией
Изучите характер износа: равномерный износ = нормальный (только быстрее); локализованный износ = проблема выравнивания
Сравните ресурс матриц на разных станках — если один станок постоянно уничтожает матрицы быстрее, проблема в этом станке

Решения

Запросите материальные сертификаты и отчёты о твёрдости у вашего поставщика
Проверьте и оптимизируйте систему смазки — проверьте расход, охват и состояние смазочного материала
Проверьте твёрдость проволоки по спецификации
Если материал матрицы в порядке, рассмотрите переход на твёрдый сплав более высокого класса
Добавьте PVD-покрытие (TiAlN) для увеличения ресурса на 30–40%

Проблема 3: Смещение наконечника сверла от центра

Как это выглядит

Наконечник сверла готового шурупа не сцентрирован по оси шурупа. Один стружколом глубже другого. Шуруп сверлит под углом, а не прямо в материал. Высокий процент отбраковки по тестам прямолинейности.

Первопричины

Почти всегда связаны с процессом:

Несоосность пары матриц — две половины матрицы не концентричны
Изношенные направляющие втулки — позволяют заготовке смещаться во время штамповки
Износ держателя матрицы — посадочные места матриц больше не параллельны
Ошибка позиционирования заготовки — заготовка не центрирована между матрицами

Диагностика

Установите подозрительные матрицы в испытательное приспособление и проверьте концентричность индикаторной стойкой (должна быть < 0,01 мм)
Если матрицы имеют нормальную концентричность, но производят несцентрированные наконечники → проблема в станке (направляющие втулки, держатели матриц)
Если матрицы не концентричны → сами матрицы дефектны

Решения

Проверьте и замените изношенные направляющие втулки (наиболее распространённое решение)
Повторно выровняйте держатели матриц
Если матрицы не концентричны, верните их поставщику как дефектные
Внедрите проверку концентричности при входном контроле матриц

Проблема 4: Задир (адгезионный износ)

Как это выглядит

Материал заготовки (сталь от заготовки шурупа) переносится и накапливается на поверхности матрицы. Накопление создаёт шероховатые участки, которые постепенно ухудшают качество шурупов. В конечном счёте шурупы имеют грубые, рваные поверхности наконечника сверла.

Первопричины

Сочетание материалов:

Шурупы из нержавеющей стали наиболее склонны к задиру — аустенитная нержавеющая сталь (304, 316) особенно известна этим
Некоторые сорта проволоки из углеродистой стали с высоким содержанием серы также могут вызывать задир

Связанные с процессом:

Недостаточная смазка — причина №1 задира
Слишком высокая скорость станка для поддержания смазочным материалом непрерывной плёнки
Слишком грубая поверхность матрицы — обеспечивает точки прикрепления для адгезии материала

Связанные с матрицей:

Неправильный материал матрицы для применения с нержавеющей сталью (непокрытый твёрдый сплав более склонен к задиру)
Плохое качество поверхности стружколомов

Диагностика

Осмотрите матрицу при увеличении — задир выглядит как грубые, накопленные участки материала заготовки на рабочей поверхности матрицы
Если задир происходит преимущественно на одной половине матрицы → проблема выравнивания (одна сторона имеет большее трение)
Если задир происходит на обеих половинах → проблема смазки или совместимости материалов

Решения

Улучшите смазку — увеличьте расход, перейдите на смазочный материал, специально предназначенный для нержавеющей стали
Нанесите покрытие CrN или AlCrN — специально разработано против задира
Улучшите качество поверхности матрицы — отполируйте поверхности стружколомов до зеркального блеска
Уменьшите скорость станка для улучшения формирования смазочной плёнки
При стойком задире на нержавеющей стали матрицы из твёрдого сплава с покрытием CrN являются золотым стандартом

Проблема 5: Непостоянная глубина стружколома

Как это выглядит

Глубина стружколома варьируется от шурупа к шурупу в рамках одной производственной партии. Некоторые шурупы имеют стружколомы полной глубины, другие — мелкие или частичные стружколомы. Производительность сверления варьируется — одни шурупы сверлят хорошо, другие останавливаются.

Первопричины

Связанные с матрицей:

Размеры матрицы вне допуска (неправильный размер глубины стружколома)
Износ поверхности матрицы, создающий неровную геометрию штамповки

Связанные с процессом (более распространены):

Непостоянная длина заготовки — более длинные заготовки дают более глубокие стружколомы, более короткие — мелкие стружколомы
Вариации диаметра проволоки — более толстая проволока переполняет полость матрицы, более тонкая — не заполняет её
Непостоянство хода станка — расстояние закрытия матрицы варьируется от цикла к циклу
Ненадёжная фиксация держателя матрицы — матрица незначительно смещается во время штамповки

Диагностика

Измерьте вариацию длины заготовки — должна быть < ±0,1 мм
Измерьте вариацию диаметра проволоки — должна быть < ±0,03 мм
Проверьте надёжность крепления держателя матрицы — матрица не должна двигаться в держателе вообще
Осмотрите матрицу при увеличении — если геометрия стружколома изношена неравномерно, матрицу необходимо заменить

Решения

Ужесточите допуск на длину заготовки в операции высадки
Проверьте качество проволоки и запросите более жёсткий допуск на диаметр у поставщика проволоки
Проверьте усилие зажима держателя матрицы — затяните или замените изношенные держатели
Если размеры матрицы вне допуска, замените матрицу и обсудите с поставщиком

Профилактика дешевле, чем исправление

Большинства проблем с матрицами для наконечников сверл можно избежать:

| Профилактика | Стоимость | Влияние | |-------------|-----------|---------| | Ежедневная проверка выравнивания | 5 мин/день | Предотвращает скол + смещение от центра | | Мониторинг смазки | 2 мин/день | Предотвращает задир + преждевременный износ | | Входной контроль матриц | 5 мин/матрица | Выявляет дефекты до запуска производства | | Проверка качества проволоки | Ежемесячно | Предотвращает износ + непостоянство | | График обслуживания станка | Еженедельно | Предотвращает все проблемы |

Дисциплинированный режим технического обслуживания обходится гораздо дешевле, чем простой производства, бракованные шурупы и экстренные заказы матриц.

Нужна помощь в диагностике проблемы с матрицей? Свяжитесь с техническим отделом ZLD — мы можем проанализировать возвращённые матрицы и предложить решения. Просмотреть наши спецификации продуктов.