Qu’est-ce que la dilatation thermique ?
L'acier grandit lorsqu'il devient chaud. Dans le travail d'emboutissage, cette croissance pose des problèmes.
Je fabrique des matrices depuis 18 ans. Les ateliers dans lesquels j'ai travaillé ont perdu des milliers de dollars à cause de pièces qui ne fonctionnaient pas correctement parce que quelqu'un n'avait pas tenu compte de la chaleur. Une filière progressive fonctionnant à 600 coups par minute génère des frictions. Ce frottement augmente la température de l’acier du poinçon et de la matrice. L'acier se dilate. Les autorisations que vous avez obtenues hier ne sont plus les autorisations dont vous disposez aujourd'hui.
Les chiffres
L'acier à outils se dilate d'environ 11 à 12,5 micromètres par mètre pour chaque degré Celsius de changement de température. Cela semble petit. Sur une section de matrice de 200 mm, une augmentation de température de 30 degrés ajoute environ 0,07 mm à vos dimensions. Vous venez de dépasser votre tolérance sur une pièce qui nécessitait ±0,05 mm.
L'acier D2, l'acier A2 et la plupart des aciers à outils durcissables à l'air-se situent dans cette plage de 11 à 12,5. Le carbure est inférieur, autour de 5-6. Le métal de base que vous estampez a son propre coefficient. L'aluminium se dilate presque deux fois plus que l'acier. L’acier inoxydable se situe quelque part entre les deux.
Où il apparaît
L'électroérosion à fil est le premier endroit où la plupart des ateliers de découpe voient la dilatation thermique causer de réels problèmes. Le fluide diélectrique contrôle la température, mais la pièce continue de chauffer pendant la coupe. Un bloc mesurant 150 000 mm le matin pourrait lire 150,015 mm l'après-midi. Certains magasins ne prendront pas les mesures finales avant que la pièce n'ait passé la nuit.
Le broyage est pire. La roue génère de la chaleur au point de contact. Sans liquide de refroidissement, une rectifieuse plane peut mettre suffisamment de chaleur dans un insert de matrice pour perturber un emplacement d'alésage de plusieurs dixièmes. Pour cette raison, les opérations de meulage sur gabarit utilisent des systèmes de refroidissement à température contrôlée. Les meilleurs ateliers maintiennent leur liquide de broyage à moins de 1 degré.
Pendant les cycles de production, la matrice chauffe selon un schéma prévisible. Les 50 premières pièces présentent souvent des dimensions différentes de celles des pièces 500 à 1 000. Les opérateurs de presse expérimentés le savent. Ils supprimeront les premiers tirs ou ajusteront la hauteur de fermeture de la presse après l'échauffement.
Problèmes d'assemblage de matrices
Un jeu de matrices construit à température ambiante se comporte différemment à la température de fonctionnement. Le porte-poinçon et le sabot de matrice s'agrandissent. Les broches de guidage et les bagues se dilatent. Si les matériaux ne correspondent pas, la coupe change.
J'ai vu des magasins utiliser des bagues de guidage en bronze dans des chaussures en acier sans penser à l'inadéquation thermique. Le bronze se dilate plus que l'acier. Sous l’effet de la chaleur, la bague se desserre dans l’alésage. Le dé commence à marcher.
Les goujons présentent un problème similaire. Une cheville à ajustement coulissant-à 20 degrés devient une cheville lâche à 40 degrés. Certains magasins utilisent un ajustement serré plus serré pour compenser. D'autres acceptent le mouvement et le contrôlent avec des cales de talon.
Ce qui fonctionne
Les-magasins à température contrôlée sont utiles. Garder la température ambiante à 20 degrés ± 1 degré rend la mesure cohérente. La plupart des salles d'outillage dans lesquelles j'ai travaillé n'étaient pas à température contrôlée. Vous apprenez à contourner ce problème.
Laisser les pièces se stabiliser avant l’usinage final est plus important que la plupart des gens ne l’admettent. Ébauchez une pièce, laissez-la reposer 24 heures, puis terminez-la. La pièce soulage les contraintes internes et atteint l'équilibre avec la pièce. Vos dimensions finales tiennent.
Des procédures de démarrage cohérentes sur la presse réduisent les variations de pièces. Faites fonctionner la matrice pendant 15 minutes avant de conserver les pièces. L'acier atteint la température de fonctionnement. Les dégagements s'installent.
Pour les matrices qui exécutent des applications à-haute vitesse-à haute vitesse ou des matériaux épais-de gros calibre-des canaux de refroidissement percés à travers les sections de la matrice évacuent la chaleur. L'industrie automobile les utilise largement pour les opérations de marquage à chaud où le flan entre à 900 degrés. L'eau ou l'huile circule à travers des passages usinés dans les faces de la matrice.
Compensation
Certains concepteurs de matrices ajoutent une compensation à leurs impressions. Ils ont coupé le profil du fil EDM sous la taille de 0,01 mm, sachant que la pièce grandira en service. Cette approche nécessite des données de production. Vous devez savoir exactement à quel point la matrice chauffe et quelle croissance cela provoque.
Sur les matrices progressives comportant plusieurs stations, chaque station peut s'étendre différemment. Les stations de formage génèrent plus de chaleur que les stations de découpage. La disposition des bandes doit tenir compte des effets cumulatifs.
La plupart des magasins ne calculent pas la compensation thermique. Ils construisent la matrice à imprimer, testent les pièces, puis repèrent et ajustent jusqu'à ce que les pièces sortent correctement. Cela fonctionne. Cela prend plus de temps.
Ce qui ne marche pas
Ignorer le problème ne fonctionne pas. J'ai vu des fabricants de matrices passer des journées entières à rechercher un problème dimensionnel qui s'est avéré être une dérive thermique dans la salle de meulage. L'unité de climatisation s'est allumée et éteinte. La température ambiante a basculé de 5 degrés. Chaque partie est sortie différente.
Faire confiance à la MMT sans vérifier la température ambiante ne fonctionne pas. Les machines à mesurer tridimensionnelles compensent leur propre dilatation thermique. Ils ne compensent pas la partie posée sur le granit.
Une inspection finale précipitée ne fonctionne pas. Une pièce fraîchement sortie de la machine à fil n'a pas la même taille qu'une pièce restée sur le banc pendant quatre heures.
L'essentiel
La dilatation thermique est une question de physique. Tous les ajusteurs le savent. Tous les fabricants de matrices ne le prévoient pas. Les ateliers qui contrôlent leur environnement, stabilisent leurs pièces et suivent des procédures cohérentes obtiennent de meilleurs résultats. Les ateliers qui ne passent pas plus de temps à ajuster les matrices dans la presse.
Les chiffres sont dans les manuels. Le coefficient de votre acier est accessible en une recherche Google. Le plus difficile est de développer des habitudes qui tiennent compte de la chaleur dans chaque opération, chaque jour. Après 18 ans, je dois encore me rappeler de laisser refroidir les pièces avant de les mesurer.