Formy i matryce to elementy niezbędne w seryjnych łańcuchach produkcyjnych. Mają wiele zastosowań w przemyśle metalowym przy wytwarzaniu detali, ale wykorzystuje się je również w innych branżach, np. spożywczej. Jak przebiega obróbka form i matryc?
Zastosowania form i matryc
W procesach produkcyjnych formy i matryce odgrywają kluczową rolę w wytwarzaniu detali. Formy stosuje się na przykład do formowania wtryskowego, aby nadać kształt tworzywu, ale także w odlewnictwie, do wytwarzania detali o różnych kształtach. Formy bywają bardzo różnorodne: służą do wykonywania łbów śrub, produkcji puszek dla przemysłu konserwowego czy wytwarzania pierścionków w jubilerstwie.
Matryce stosuje się m.in. do tłoczenia i kształtowania blach lub płyt metalowych, a także do nadawania temu materiałowi innych kształtów. Wykorzystuje się je również przy produkcji części samochodowych.
Dzięki dostępnym obecnie technologiom można wykonywać formy i matryce o bardzo wysokiej dokładności, co znacznie ułatwia seryjną produkcję detali dla różnych branż.
Cechy form i matryc
Formy i matryce wyróżniają się określonymi, bardzo precyzyjnymi kształtami, doskonałym wykończeniem i wykonaniem z materiałów wysokiej jakości. Ważne jest, aby materiały, z których powstają formy i matryce, wytrzymywały zarówno wysokie, jak i niskie temperatury – do formy można przecież wlewać roztopiony metal o bardzo wysokiej temperaturze. Dlatego formy i matryce nie mogą się odkształcać.
Do ich wytwarzania stosuje się zwykle stal o wysokiej twardości. Twardość wpływa nie tylko na wytrzymałość form i matryc, ale również na geometrię skrawania.
Pod względem kształtu narzędzia te mają profil trójwymiarowy, dlatego maszyny, na których się je obrabia, muszą umożliwiać obróbkę powierzchni 3D.
Czym jest narzędziownia?
Narzędziownia (wykonawstwo form i matryc) to dziedzina przemysłu metalowego, która – jak sama nazwa wskazuje – zajmuje się opracowywaniem technik wytwarzania form i matryc (oprzyrządowania) niezbędnych do seryjnej produkcji detali. W narzędziowni detale wytwarza się zazwyczaj z blachy lub płyt metalowych, a obróbka odbywa się bez usuwania wiórów.
Mianem tym określa się także prace polegające na cięciu i kształtowaniu blach bez obróbki skrawaniem, z użyciem oprzyrządowania w postaci form i matryc. Wykonanie tego oprzyrządowania oraz kształtowanie blach wymaga doświadczonego specjalisty, którego nazywa się narzędziowcem.
Ze względu na wysokie koszty wykonania narzędziownię zaleca się wyłącznie przy produkcji form i matryc do detali seryjnych, ponieważ tylko wtedy można zamortyzować koszt oprzyrządowania. Warto jednak podkreślić, że praca z tym oprzyrządowaniem przebiega bardzo szybko – maszyny realizujące te procesy są w stanie wytwarzać od 12 do 1200 detali na minutę.
Narzędziownię wyróżnia niewielka ilość powstających odpadów, ponieważ nie stosuje się tu obróbki skrawaniem. Pozwala to optymalnie wykorzystać materiał – wykorzystuje się od 75 do 80% blachy, z której powstaje detal.
Obróbka form i matryc
Do wykonywania form i matryc stosuje się różne techniki obróbki: toczenie, frezowanie, wiercenie itd.; spośród nich najczęściej stosuje się frezowanie, ponieważ detale mają bardzo złożone kształty, z licznymi wnękami i załamaniami, które wymagają bardzo precyzyjnej obróbki. Dlatego coraz częściej procesy te realizuje się na wielofunkcyjnych obrabiarkach, łączących wiele technik obróbki.
Ze względu na złożoność tego oprzyrządowania narzędziownie jako jedne z pierwszych wdrożyły nowe technologie, wykorzystując zaawansowane oprogramowanie i obróbkę na maszynach sterowanych numerycznie (CNC); przykładem jest frezowanie z dużymi prędkościami (HSC) i z wysokimi posuwami. Dlatego do wytwarzania tych elementów stosuje się najnowocześniejsze obrabiarki.
Do naprawy form i matryc, które z czasem się zużywają i ulegają uszkodzeniom, stosuje się różne techniki. Oprzyrządowanie to można regenerować za pomocą spawania, obróbki laserowej lub natryskiwania cieplnego metalu; wszystkie te metody stosuje się bezpośrednio na powierzchni uszkodzonego elementu. Ważne, aby maszyny wykorzystywane zarówno do wytwarzania form i matryc, jak i do ich naprawy, były zaawansowanymi obrabiarkami zdolnymi do obróbki bardzo twardych warstw materiału w połączeniu z bardziej miękkimi.