Как производятся прецизионные установочные штифты и проверяются на предмет жестких допусков?

Работа установочного штифта внутри формы или приспособления

Фиксирующий штифт, также называемый установочным штифтом или выравнивающим штифтом, предназначен для того, чтобы два сопрягаемых компонента возвращались в одно и то же положение каждый раз, когда они соединялись. В литьевой форме это означает, что половины сердечника и полости смыкаются с идеальной приводкой цикл за циклом; в штамповочной матрице это означает, что пуансон и матрица остаются на одной линии кадр за выстрелом; в сварочном приспособлении или сборочном приспособлении это означает, что каждая заготовка, упавшая на инструмент, приземляется в той же ориентации, что и предыдущая. Сам штифт обычно выглядит ничем не примечательным: короткий цилиндр из закаленной стали, иногда со ступенькой или небольшим фланцем на одном конце, обычно диаметром от 4 до 25 мм и редко длиннее 150 мм. Что делает его критическим, так это то, что он сам по себе обеспечивает точность позиционирования всего инструмента. Если диаметр, прямолинейность или качество поверхности штифта отклоняются хотя бы на несколько микрон от спецификации, эта ошибка не остается под контролем — она проявляется в виде бликов на формованной детали, смещения размеров на штампованном кронштейне или приспособления, которое медленно перестает повторяться от одного смещения к другому. Вот почему установочный штифт получает такое индивидуальное, практическое внимание — штангенциркуль в одной руке, микрометр в другой — чего часто не хватает гораздо более крупному и более дорогому компоненту инструмента.

Выбор материала и термическая обработка определяют потолок производительности

Сталь, из которой вырезается установочный штифт, и то, как он подвергается последующей термообработке, определяет, как долго он прослужит в производстве, прежде чем его потребуется заменить. Для работы с большим циклом — когда пресс-формы выполняют сотни тысяч выстрелов — мастерские обычно используют подшипниковую сталь, такую ​​как 52100 (GCr15), закаленную примерно до твердости HRC 60–62, поэтому износу противостоит все поперечное сечение, а не только тонкая оболочка. Там, где штифт также несет боковую нагрузку, а не только прямое усилие вставки, распространенной заменой является хромированная инструментальная сталь, такая как SKD11 или Cr12MoV, поскольку она лучше выдерживает боковое напряжение, хотя обычно она стоит дороже за килограмм, чем подшипниковая сталь. Для применений с меньшим циклом или чувствительных к затратам подходит цементированная среднеуглеродистая сталь, такая как 1045 (S45C): поверхность закаливается на глубину примерно 0,5–0,8 мм, в то время как сердечник остается достаточно прочным, чтобы противостоять разрушению при ударных нагрузках, компромиссная подшипниковая сталь не обеспечивает такой чистоты. Ничто из этого не происходит без последствий для размеров — закалка обычно деформирует стержень на 0,01–0,03 мм, именно поэтому шлифование должно происходить после термообработки, а не до нее. Слой обработки поверхности поверх базовой твердости: твердое хромирование толщиной около 5–8 микрон, когда важна коррозионная стойкость, черный оксид для более дешевого косметического и легкого антикоррозионного слоя или азотирование, когда необходима дополнительная твердость поверхности без дальнейшего искажения сердцевины.

От стержня до готового штифта: последовательность обработки

Черновая обработка на токарном станке

Производство начинается с того, что пруток обрабатывается на токарном станке до диаметра и длины, которые намеренно оставляют с превышением размера на 1–2 мм, оставляя достаточно материала для очистки после закалки. Любые поперечные отверстия, канавки для смазки или лыски вырезаются на этом этапе, пока сталь еще мягкая — обработка этих элементов после закалки будет означать их последующую шлифовку, что медленнее и заметно дороже за штуку.

Закалка, шлифовка и полировка

После того, как термическая обработка доводит сталь до заданной твердости, штифт переходит к бесцентровому или цилиндрическому шлифованию, при котором удаляются 0,1–0,2 мм припуска, оставшегося для этой цели, и приводится диаметр в жесткий диапазон допуска - обычно от IT5 до IT6 или примерно от ± 0,003 до ± 0,005 мм на штифте диаметром 10 мм. После этого притирка или полировка снижает качество поверхности до Ra 0,2–0,4 микрометра, уменьшая трение, поэтому штифт не истирает отверстие, в которое он скользит тысячи раз. Последняя операция — это небольшая заходная фаска или радиус на конце вставки — часто около 0,5 мм под углом 15 градусов — поэтому штифт самоцентрируется при входе, а не цепляется за край и забивает отверстие с первой попытки.

Инструменты для проверки, которые улавливают неисправный штифт до того, как он достигнет сборки

Установочные штифты измеряются гораздо чаще, чем можно было бы предположить по их размеру, потому что один штифт слишком большого или меньшего размера может заклинить приспособление или треснуть пластину пресс-формы. Последовательность проверки обычно включает в себя несколько инструментов, каждый из которых обнаруживает ошибки разного типа:

• Штангенциркуль или штангенциркуль с точностью около ±0,02 мм для быстрой проверки в процессе обработки, пока штифт еще находится на токарном станке.
• Внешний микрометр с точностью примерно ±0,001 мм для подтверждения окончательного диаметра после шлифовки — этап, показанный, когда оператор проверяет готовый штифт по отпечатку, прежде чем он покинет стол.
• Циферблат или электронный компаратор, установленный на гранитной пластине, используемый для проверки прямолинейности и конусности штифта по всей его длине, а не только по диаметру в одной точке.
• Воздушный манометр или нутромер, используемый на сопрягаемом отверстии, а не на самом штифте, для подтверждения того, что две детали действительно обеспечат посадку, требуемую чертежом.
• Координатно-измерительная машина (КИМ), предназначенная для крупномасштабных программ, которым требуется полноразмерный отчет, а не несколько выборочных проверок.

Поскольку один-единственный неисправный штифт может вывести инструмент из строя, большинство магазинов проводят 100% проверку нахождения штифтов, а не выборку образцов из партии — стоимость измерения каждой детали невелика по сравнению со стоимостью заклинившей формы или списанного производственного цикла.

Почему посадка пальца на втулку определяет срок службы инструмента

Фиксирующий штифт никогда не подвергается допуску изолированно — его диаметр всегда указывается с учетом допуска отверстия или втулки, с которой он сопрягается, а комбинация этих двух параметров определяет, будет ли сборка выполнять посадку с зазором, переходную посадку или посадку с запрессовкой. Если это соединение неправильное в любом направлении, инструмент пострадает: слишком свободный, и половины формы могут раскачиваться на несколько микрон за каждый цикл; слишком туго, и вставка штифта вызывает истирание отверстия и оставляет металлический мусор внутри инструмента. В таблице ниже показано, как один и тот же номинальный диаметр, отшлифованный до разных допусков, в конечном итоге служит для самых разных задач, если он соединен со стандартным отверстием.

Что происходит не так, если эти проверки пропускаются

Пропуск любого из вышеперечисленных шагов приводит к предсказуемому сбою, и большинство из них проявляются только после того, как штифт уже установлен:

• Штифт, заточенный под запрессовку, слегка завышает размер отверстия при вставке, оставляя металлическую стружку, которая загрязняет каналы охлаждения или поверхности скольжения поблизости.
• Заточенный штифт с зазором немного меньшего размера позволяет половинам формы смещаться на несколько микрон за каждый цикл, что проявляется в виде заусенцев или изменений толщины стенок формованной детали.
• Штифт с ошибкой прямолинейности, который не был зафиксирован компаратором, частично заходит в отверстие; операторы часто в ответ забивают его до конца, что деформирует отверстие и сокращает срок службы инструмента.
• Чистота поверхности с Ra примерно 0,8 микрометра увеличивает трение при каждом цикле и генерирует локальное тепло, поэтому штифт, рассчитанный на 500 000 циклов при правильной отделке, может выйти из строя ближе к 100 000, если этап полировки был ускоренным.
• Отсутствие антикоррозионного покрытия на штыре, предназначенном для использования во влажном полу завода, приводит к появлению точечной коррозии на поверхности в течение нескольких недель, а штифт с изъязвлениями забивает ответное отверстие каждый раз, когда его снова вставляют.

Вопросы, которые стоит задать перед заказом индивидуальных установочных штифтов

Несколько вопросов, заданных перед размещением заказа, позволяют отличить штифт, который работает в течение полного номинального срока службы, от штифта, который необходимо заменить в ходе первого производственного цикла:

• Какой класс допуска на самом деле может придерживаться магазин по диаметру — IT5, IT6 или меньше — а не только то, что рекламируется на странице каталога?
• Из какой твердости и материала была изготовлена ​​партия, подтвержденная заводским сертификатом, а не устной претензией?
• Каждый штифт измеряется индивидуально или отчет о проверке основан на образце, взятом из партии?
• Какая чистота поверхности (в Ra) гарантируется при диаметре контакта, поскольку она влияет на срок службы так же, как и твердость?
• Как проверяется прямолинейность штифтов длиной более 100 мм, где изгиб является наиболее распространенным дефектом, который легче всего не заметить с помощью одного только штангенциркуля?
• Включает ли указанное время выполнения термообработку в качестве отдельного этапа, поскольку если поторопиться или пропустить ее, то мягкие, деформированные штифты окажутся на производстве?

Получить четкие ответы на эти вопросы до того, как будет вырезана первая деталь, гораздо дешевле, чем обнаруживать пробелы после того, как форма уже запущена в производство.