Методи за премахване на заостри при метално штамповане: Инженерно ръководство

Накратко

Методите за премахване на заострен ръб при метални штамповки са от решаващо значение за осигуряване на безопасността на детайлите, точността при сглобяването и естетичното качество. За производство в големи серии, Групова обработка (вибрационно полирване) остава индустриален стандарт, предлагайки последователно скъсяване на ръбовете и полирване. Сложни геометрии или прецизни части често изискват Метод с топлинна енергия (TEM) oR Електрохимично премахване на захабвания (ECD) за да достигнат до вътрешни области, без да повредят критични размери.

В крайна сметка, най-икономичната стратегия включва предотвратяване в източника чрез правилно поддържане на матриците и оптимизация на люфта. Инженерите трябва да избират методи според обема на производството, дуктилността на материала и изискванията за допуски, за да постигнат баланс между цена на детайл и качествени стандарти.

Разбиране на штамповъчните заострени ръбове: причини и характеристики

При металното штамповане заострен ръб не е просто неравен ръб; той представлява специфичен дефект, причинен от пластични деформации по време на процеса на рязане. Когато пуансонът удари метала, материала претърпява компресионно напрежение, докато достигне точката си на скъсване. Ако зазор между матрици —зазорът между пуансона и матрицата—е неправилен, материала се разкъсва, а не се отрязва чисто, като оставя изпъкващ „зъб“ или ръб, известен като забел.

Размерът и тежестта на един забел се влияят директно от свойствата на материала и състоянието на инструментите. Пластични материали като алуминий и медни сплави са по-склонни към значителни забели от тип „превъртане“, защото се разтягат преди да се скъсат. Напротив, по-твърдите материали могат да показват по-чисти скъсвания, но все пак могат да образуват остри, назъбени ръбове, ако инструментът е тъп.

Правило за 10% зазор

Споразумението в индустрията сочи, че зазорът на матрицата е основният фактор при контрола на забела. Обикновено зазор от приблизително 10% от дебелината на материала се препоръчва за стандартна стомана. Твърде голям зазор води до търкаляне на материала върху ръба на матрицата, което създава големи задръски. Недостатъчен зазор принуждава пробивната игла да пререже повече материал, отколкото е необходимо, увеличавайки износването на инструмента и вторичното изрязване, което също води до значително образуване на задръски.

Методи за машинно обработване (решения за големи обеми)

За подавляващото мнозинство от штамповани части — скоби, шайби и клипсове — ръчното премахване на задръските е икономически неизгодно. Групова обработка позволява обработката на хиляди части едновременно, осигурявайки последователност при големи серийни производствени серии. Тази категория включва предимно барабанско полирене и вибрационно довършване.

Вибрационно довършване в купа

Вибрационното фино обработване е водещият метод за прецизни штицувани части. Детайлите се поставят в купа или резервоар, монтирани на ексцентрични пружини. Машината вибрира с висока честота, предизвиквайки детайлите да се движат по кръгова, торовидна траектория през слой абразивен материал. Постоянното триене между материала (керамичен, пластмасов или стоманен) и детайлите изтрива остри ръбове и полира повърхностите.

• Керамичен материал: Най-подходящ за груба обработка и твърди метали като неръждаема стомана. Осигурява агресивни скорости на премахване.
• Пластмасов материал: По-мек и по-лек, идеален за алуминий или меки метали, където има опасност от повърхностни вдлъбнатини (увлечения).
• Смеси: Течни добавки често се въвеждат, за да почистват детайлите, предотвратяват ръждане и подобряват смазваемостта на материала.

Барабанно третиране

По-опростен и агресивен метод, барабанното полирване включва въртящ се барабан, който вдига заряд от части и среда и ги пуска да падат (каскадно). Този удар с висока енергия е отличен за премахване на големи задръжки по здрави детайли, но носи риск от повреда на по-дребни елементи. Обикновено е по-бавно от вибрационното финиширане, но предлага по-ниска начална инвестиция за оборудване.

За производителите на автомобили, изискващи сертифицирана прецизност, от съществено значение е включването на тези етапи за довършителна обработка директно в веригата на доставки. Комплексните штамповъчни решения на Shaoyi Metal Technology премахват разликата между суровата производство и завършената сглобка, като доставят компоненти в голям обем, като например контролни ръчички, които отговарят на строгите стандарти IATF 16949, без нужда от логистика за странична довършителна обработка.

Прецизност и напреднали методи за премахване

Когато шампираните части имат сложни геометрии, вътрешни резби или строги размерни допуски, които не могат да понесат физическия удар при барабанното полирване, инженерите използват термични и химични решения.

Метод с топлинна енергия (TEM)

Известен още като «термично отстраняване на задръжки», този процес е изключително ефективен за премахване на задръжки от вътрешни кухини и пресичащи се отвори. Детайлите се поставят в затворена камера под налягане, пълна със смес от горивен газ и кислород. Сместа се запалва, създавайки кратковременна топлинна вълна, която достига температури до 6 000°F (3 300°C) за милисекунди.

Тъй като задръжките имат високо съотношение между повърхност и маса, те абсорбират топлината моментално и се изпаряват (оксидират). Основното тяло на детайла, което има много по-голяма топлинна маса, остава незасегнато. Този метод гарантира нулево заобляне на ръбовете на основните повърхности, но изисква последващо почистване с киселина, за да се премахне оксидният слой, образувал се по време на горенето.

Електрохимично премахване на захабвания (ECD)

ECD е субтрактивен метод, при който се използва електролиза за разтваряне на задръжки. Детайлът служи като анод (+), а специално оформен инструмент служи като катод (-). Електролитен разтвор (често натриев нитрат) протича между зазора, който обикновено се поддържа между 0,3 мм и 1 мм.

Когато се приложи постоянен ток, материала върху върха на заостреността се разтваря в разтвора. Този процес е безконтактен, което означава, че няма износване на инструмента и няма механично напрежение върху детайла. Това е предпочитаният метод за високостойностни компоненти като дюзи на горивни инжектори или хидравлични разпределителни тела, където дори микроскопични заострености могат да доведат до фатална повреда на системата.

Механични и интегрирани в матрицата решения

Най-ефективният начин за отстраняване на заостреностите често е да се действа върху тях, докато детайлът все още е в пресата или непосредствено след това, използвайки механични средства, адаптирани към геометрията на детайла.

Щанцоване с матрица се отличава особено с висока скорост на щанцоване. Като се добави станция за „монтиране“ към прогресивната матрица, заострените ръбове могат да бъдат изравнени обратно в материала. Въпреки че това не премахва напълно материала, прави ръба безопасен за обработка и е практически без допълнително време в цикъла.

Стратегия за предпазване: Оптимизиране на процеса на стъмпане

Въпреки че техниките за премахване са необходими, инженерната цел винаги трябва да бъде минимизиране. Както се посочва от експерти в индустрията, „първо предпазване, второ лечение“ е най-икономически подход.

• Оптимизиране на рязането на зазорината: Поддържането на оптимална зазорина (5-10% от дебелината) предпазва от прекомерна пластична деформация, която причинява големи burrs.
• Поддръжка на инструмент: Тъп ръб за рязане разкъсва метала вместо да го отреже. Редовното заточване е много по-евтино от разходите за последващото премахване на burrs.
• Напреднали покрития: Нанасянето на покрития от титанов нитрид (TiN) или алуминиево-титанов нитрид (AlTiN) върху матрици намалява триенето и износването, като поддържа остър рязащ ръб за значително по-дълги производствени серии.
• Проектиране с оглед възможността за производство (DFM): Инженерите трябва да проектират части така, че „страната с burr“ да бъде насочена към не-критична повърхност, или да включват фаски в дизайна, за да облекчат естествено остри ръбове.

Избиране на правилната стратегия за премахване на burrs

Изборът на правилната техника за премахване на заострените ръбове при метална штамповка е баланс между прецизност, обем и разходи. Няма един-единствен „най-добър“ метод; вместо това съществува оптимален метод за всяко конкретно приложение.

За общи високотонажни изделия вибрационно обработване предлага най-добра икономическа изгода от мащаба. За прецизни компоненти с вътрешни елементи, TEM или ECD осигурява необходимия достъп и точност. Въпреки това, за всеки проект пътят към детайл без заострени ръбове започва още на чертожната маса и на матричната станция. Като отдадат приоритет на състоянието на инструментите и правилните междинни пространства, производителите могат значително да намалят нуждата от скъпи вторични операции.

Често задавани въпроси

1. Какъв е най-често срещаният метод за премахване на заострените ръбове при штамповани части?

Групово финиширане, по-специално вибрационно финиширане в чанта или барабанно полирване, е най-често срещаният метод. Той позволява хиляди части да бъдат обработени едновременно, което го прави изключително икономически изгоден за високите обеми, типични за метална штамповка.

2. Как влияе процепът на матрицата върху образуването на заострените ръбове?

Междуламелното разстояние е зазорината между пробойника и матрицата. Ако разстоянието е твърде малко, то увеличава износването на инструмента и необходимата сила. Ако е твърде голямо, метала се завива вместо да се отрязва чисто, което води до образуването на големи задръски. Стандартно разстояние от приблизително 10% от дебелината на материала е норма за минимизиране на задръските.

3. Може ли премахването на задръските да стане без засягане на размерите на детайла?

Да. Методи като електрохимическо обработване (ECD) и термичен енергиен метод (TEM) премахват задръските селективно, без да променят основните размери на детайла. ECD обработва области с висока плътност на тока (остри ръбове), докато TEM изпарява тънки задръски, преди основният материал да се нагрее.