SHRNUTÍ

Návrh postupných nástrojů je standardem při výrobě automobilových konzol s ročním objemem přesahujícím 50 000 dílů, protože nabízí rovnováhu mezi rychlostí, přesností a konzistencí. Pro dosažení cílového využití materiálu nad 75 % musí inženýři optimalizovat rozložení pásu pomocí přesných výpočtů tloušťky spojovacích můstků (obvykle 1,25t až 1,5t) a agresivních strategií vkládání. Mezi klíčové faktory návrhu patří kompenzace pružného návratu u ocelí s vysokou pevností a nízkým obsahem slitin (HSLA) a výpočet síly lisu na základě celkového obvodu stříhání včetně sil potřebných pro vyjetí.

U složitých automobilových držáků vyžadujících tolerance pod ±0,05 mm závisí úspěch na pevném vedení vodících kolíků a výběru správných nástrojových ocelí (např. karbid vs. D2) na základě objemu výroby. Tento průvodce poskytuje technické vzorce, pravidla rozvržení a strategie prevence vad nezbytné pro návrh vysokovýkonných postupných střihacích nástrojů.

Fáze 1: Přednávrh a výběr materiálu

Než bude nakresleno první rozložení pásu, musí proces návrhu začít důkladnou analýzou vlastností materiálu držáku. Automobilové držáky často využívají vysokopevnostní nízkolegované oceli (HSLA) nebo hliníkové slitiny (např. 6061 nebo 5052) za účelem snížení hmotnosti při zachování strukturální integrity. Volba materiálu určuje mezery v nástroji, ohybové poloměry a požadavky na povlaky.

Vlastnosti materiálu a jejich dopad na nástroj
Mez pevnosti v tahu a smyku u suroviny jsou hlavními faktory ovlivňujícími potřebný počet tun a opotřebení nástroje. Například stříhání HSLA oceli vyžaduje výrazně vyšší počet tun a menší mezery ve srovnání s mírnou ocelí. Naopak hliníkové slitiny, i když jsou měkčí, jsou náchylné ke zatírání a vyžadují leštěné pracovní části nástrojů nebo speciální povlaky, jako je TiCN (Titanium Carbonitride).

Řešení pružného návratu v rané fázi
Jednou z nejčastějších vad při tváření automobilových zdvihadel je pružný návrat kovu — tendence k vrácení se do původního tvaru po ohnutí. Tento jev je obzvláště výrazný u materiálů HSLA. Proti tomu lze bojovat návrhem stanic s „přeohýbáním“ nebo použitím rotačního ohybu místo běžného smykového ohybu. U 90stupňových zdvihadel navrhnout nástroj tak, aby došlo k přeohnutí o 2–3 stupně, což je běžná praxe pro dosažení konečné tolerance dle výkresu.

Fáze 2: Optimalizace rozložení pásu

Rozložení pásu je jakousi mapou postupného nástroje. Určuje cenovou efektivitu celé výrobní série. Špatně navržené rozložení plýtvá materiálem a destabilizuje nástroj, zatímco optimalizované uspořádání může ušetřit tisíce dolarů za rok na odpadech.

Tloušťka můstku a návrh nosiče
„Můstek“ nebo „stojina“ je materiál ponechaný mezi díly, který je nese skrz razník. Minimalizace této šířky snižuje odpad, ale příliš malá šířka hrozí prohnutím pásky. Standardní inženýrské pravidlo pro ocelové konzoly stanovuje šířku můstku mezi 1,25 × Tloušťka (t) a 1,5 × Tloušťka (t) . U vysokorychlostních aplikací nebo tenčích materiálů může být nutné tuto hodnotu zvýšit na 2t, aby se předešlo problémům s dopravou.

Výpočet využití materiálu
Efektivita se měří pomocí využití materiálu (%). Cílem pro automobilové konzoly by mělo být >75 %. Vzorec pro ověření strategie rozmístění je:

Využití % = (Plocha hotového polotovaru) / (Rozteč × Šířka pásu) × 100

Pokud je výsledek pod 65 %, zvažte rozložení typu „dvoupasové“ nebo „interlock“, kdy jsou dvě konzoly vystřihovány proti sobě tak, že sdílejí společnou nosnou linku. Tento postup je velmi účinný u konzol ve tvaru L nebo U.

Umístění vodicích kolíků
Přesnost závisí na přesném vedení pásu. V pilotní díry musí být provedeny průstřihy již v první stanici. Pilotní kolíky v následujících stanicích zarovnají pás ještě před tím, než se nástroj zcela uzavře. U úhelníků s přísnými tolerancemi mezi dírami ověřte, že piloty zapadnou do pásu alespoň o 6 mm dříve, než tvářecí razníky dosednou na materiál.

Fáze 3: Pořadí stanic a požadovaná síla

Určení správného sledu operací – průstřih, pilotování, ořezávání, tváření a odřezávání – zabraňuje poruchám nástroje. Logická posloupnost zajišťuje stabilitu pásu po celou dobu procesu. Ideálně se průstřih provádí v rané fázi, aby byly vytvořeny pilotní díry, zatímco náročné tváření je rozloženo tak, aby se vyrovnalo zatížení.

Výpočet potřebné síly
Inženýři musí vypočítat celkovou sílu potřebnou k zajištění dostatečné kapacity (a energie) lisu pro provedení práce. Vzorec pro výpočet síly při stříhání a průstřihu je:

Síla (T) = Délka řezu (L) × Tloušťka materiálu (t) × Mez pevnosti ve smyku (S)

Podle průmyslové výpočetní normy , musíte také počítat s odlamovací silou (obvykle 10–20 % řezné síly) a tlakem dusíkových pružin nebo podušek používaných k upevnění pásu. Pokud tyto pomocné zatížení neuvedete, může dojít k poddimenzování lisu, což povede k jeho zaseknutí v dolní úvrati.

Střed zatížení
Kritickým, ale často opomíjeným výpočtem je „střed zatížení“. Pokud jsou řezné a tvářecí síly soustředěny na jedné straně nástroje, vzniká excentrické zatížení, které naklání kluzák a způsobuje předčasný opotřebení lisek lisu a pilířů nástroje. Vyvažte rozložení tím, že umístíte stanice s vysokou potřebnou silou (např. řezání velkých obvodů) symetricky kolem střednice nástroje.

Fáze 4: Řešení běžných vad u nosníků

I přes robustní návrh mohou během zkoušky vzniknout vady. Odstraňování problémů vyžaduje systematický přístup k analýze kořenové příčiny.

• Hroty: Nadměrné otřepy obvykle značí nesprávnou vůli nebo opotřebený nástroj. Pokud se otřepy objevují pouze na jedné straně otvoru, je pravděpodobně dělová trubice nesprávně zarovnána. Ověřte, že je vůle rovnoměrná po celém obvodu.
• Vytahování odpadu (slug pulling): Tento jev nastává, když se kus odpadového materiálu přichytí na čelovou plochu dělové trubice a je vytahován z výlisku. Může to poškodit pásku nebo nástroj při dalším zdvihu. Řešení zahrnují použití nástrojů typu "slug-hugger" s držecími drážkami nebo přidání samovratného vyhazovacího kolíku do středu dělové trubice.
• Nesouosost (klenutí - camber): Pokud se pás při podávání zakřivuje (klenutí), nosič se pravděpodobně deformuje. K tomu často dochází, pokud je uvolnění pásu během tváření omezené. Zajistěte, aby pilotní zvedáky umožňovaly materiálu volně plovat během cyklu podávání, čímž se odstraní napětí.

Fáze 5: Faktory ovlivňující náklady a výběr dodavatele

Přechod od návrhu k výrobě zahrnuje obchodní rozhodnutí, která ovlivňují konečnou cenu dílu. Složitost razníku – určená počtem stanic a požadovanou tolerancí – představuje největší kapitálové náklady. U nosníků malé série (<20 000/rok) může být jednostupňový nebo kombinovaný razník ekonomičtější než postupný razník.

U velkosériových automobilových programů však efektivita postupného razníku ospravedlňuje počáteční investici. Při výběru výrobního partnera ověřte jeho schopnost zvládnout konkrétní požadavky na tvářecí sílu a rozměr lože vašeho razníku. Například Komplexní lisyovací řešení společnosti Shaoyi Metal Technology překlenou propast mezi prototypovou výrobou a sériovou výrobou a nabízejí přesnost certifikovanou podle IATF 16949 pro kritické komponenty, jako jsou řídicí ramena a rámky podvozku. Jejich schopnost zpracovávat lisovací zatížení až do 600 tun zajišťuje, že i složité nosníky z tlustostěnného materiálu lze vyrábět stále stejně kvalitně.

Nakonec vždy vyžadujte podrobnou kontrolu návrhu pro výrobu (DFM) před tím, než dojde ke spuštění výroby forem. Kompetentní dodavatel simuluje proces tváření (pomocí softwaru jako je AutoForm), aby předpověděl rizika tenčení a praskání materiálu, což umožňuje virtuální opravy a ušetří tak týdny fyzické přestavby.

Ovládnutí efektivity postupných střihacích forem

Návrh postupných střihacích forem pro automobilové konzoly je úkolem vyvážení přesnosti, efektivity využití materiálu a životnosti nástroje. Důsledným uplatňováním základních inženýrských principů – od přesných výpočtů mostu a vzorců pro potřebný tlak až po strategický výběr materiálu – mohou inženýři vytvořit nástroje schopné vyrobit miliony bezvadných dílů. Klíčem je považovat rozložení pásu za základ; pokud je rozložení optimalizováno, bude forma pracovat hladce, vady budou minimalizovány a rentabilita maximalizována.

Nejčastější dotazy

1. Jaká je minimální tloušťka mostu u postupných střihacích forem?

Standardní minimální tloušťka mostu (nebo šířka spojovacího můstku) je obvykle 1,25 až 1,5násobek tloušťky materiálu (t) . Například pokud je materiál upevnění sil 2 mm, můstek by měl být alespoň 2,5 mm až 3 mm. Pokud se pohybujete pod tímto limitem, zvyšuje se riziko prohnutí nebo zlomení pásky během cyklu posuvu, zejména při provozu vysoké rychlosti.

2. Jak vypočítat potřebný lisovací tlak pro postupné stříhání?

Celkový lisovací tlak se vypočítá sečtením síly potřebné pro všechny operace (řezání, ohyb, tváření) plus síly odtrhovačů a přitlačovacích desek. Základní vzorec pro řeznou sílu je Obvod × Tloušťka × Smyková pevnost . Většina inženýrů přidává bezpečnostní rezervu 20 % k celkové vypočítané zátěži, aby kompenzovala opotřebení nástroje a nepřesnosti lisu.

3. Jak lze snížit odpad při návrhu postupných nástrojů?

Snížení odpadu začíná rozložením pásu. Mezi techniky patří vnořování dílů (zamykání tvarů ke společnému nosnému pruhu), snížení šířky můstku na bezpečnou minimální hodnotu a použití rozložení "dvěma průchody" u L-tvarých nebo trojúhelníkových upevnění. Zlepšení využití materiálu nad 75 % je klíčovým cílem pro nákladově efektivní tváření automobilových dílů.