विनिर्माण के लिए डिज़ाइन: धातु स्टैम्पिंग - इंजीनियरिंग हैंडबुक

संक्षिप्त में

धातु स्टैम्पिंग के लिए डिज़ाइन फॉर मैन्युफैक्चरेबिलिटी (डीएफएम) स्टैम्पिंग प्रेस और डाई क्षमताओं के भौतिकी के अनुरूप भाग ज्यामिति को अनुकूलित करने की रणनीतिक इंजीनियरिंग प्रथा है। सामग्री के बाधाओं के खिलाफ लड़ने के बजाय उनका सम्मान करते हुए भागों को डिज़ाइन करके, इंजीनियर उपकरण लागत में 50% तक की कमी कर सकते हैं, लीड टाइम को तेज़ कर सकते हैं, और दरार या स्प्रिंगबैक जैसे सामान्य दोषों को खत्म कर सकते हैं।

स्टैम्पिंग डीएफएम का मूल ज्यामिति के प्रमाणित "गोल्डन रूल्स" का पालन करने पर निर्भर करता है। मुख्य अनुपातों में शामिल हैं छेद का व्यास कम से कम सामग्री की मोटाई (1T) के बराबर होना चाहिए , एक न्यूनतम मोड़ त्रिज्या 1T बनाए रखना ताकि भंग न हो, और सुविधाओं को मोड़ क्षेत्रों से 1.5T + त्रिज्या के कारक द्वारा दूर रखना। सीएडी चरण के आरंभ में इन बाधाओं को अपनाना उत्पादन व्यवहार्यता सुनिश्चित करने का सबसे प्रभावी तरीका है।

इंजीनियरिंग व्यावसायिक तर्क: स्टैम्पिंग में डीएफएम क्यों महत्वपूर्ण है

धातु स्टैम्पिंग में, पहली शीट धातु ऑर्डर करने से पहले ही भाग की लागत अधिकांश रूप से निर्धारित हो जाती है। किसी उत्पाद की अंतिम उत्पादन लागत का लगभग 70% डिजाइन चरण के दौरान तय कर लिया जाता है। "दीवार के ऊपर" इंजीनियरिंग—जहां डिजाइन निर्माता के पास पूर्वानुसरण के बिना फेंक दिए जाते हैं—अक्सर जटिल टूलिंग आवश्यकताओं का कारण बनती है जो लागत को घातीय रूप से बढ़ा देती हैं। बिना DFM के डिजाइन किया गया भाग 20 स्टेशन और महंगी स्लाइड एक्शन वाले जटिल प्रगतिशील डाई की आवश्यकता हो सकती है, जबकि DFM-अनुकूलित संस्करण को सरल 12-स्टेशन टूल के साथ उत्पादित किया जा सकता है।

सहयोगात्मक DFM आदर्श ज्यामिति और स्टील के ठंडे निर्माण की कठोर वास्तविकता के बीच एक सेतु के रूप में कार्य करता है। यह "क्या इसे बनाया जा सकता है?" से लेकर "क्या इसे कुशलतापूर्वक बनाया जा सकता है?" पर ध्यान केंद्रित करने को बढ़ावा देता है। एक निर्माण भागीदार के साथ शुरुआत में जुड़कर, इंजीनियर उचित ग्राइंडिंग की आवश्यकता वाली तंग सहिष्णुता या माध्यमिक डीबरिंग संचालन की आवश्यकता वाली सुविधाओं जैसे लागत ड्राइवर की पहचान कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, एक गैर-महत्वपूर्ण छेद की सहिष्णुता को ±0.002" से बढ़ाकर ±0.005" करने से उपकरण जीवन में महत्वपूर्ण वृद्धि हो सकती है और टुकड़ा-भाग मूल्य में कमी आ सकती है।

प्रोटोटाइप से उत्पादन तक मात्रा बढ़ाने के लिए यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। लेजर कटिंग (कम मात्रा) के लिए काम करने वाला डिज़ाइन अक्सर अलग तनाव कारकों के कारण स्टैम्पिंग प्रेस (उच्च मात्रा) में विफल हो जाता है। BYD, Wu Ling Bingo, Leapmotor T03, ORA Lightning Cat जैसे भागीदार शाओयी मेटल तकनीक इस अंतर को पाटने में विशेषज्ञता रखते हैं, जो प्रोटोटाइपिंग चरण में मान्य किए गए डिज़ाइनों को उच्च-गति, उच्च-मात्रा स्टैम्पिंग लाइनों के लिए पर्याप्त रूप से मजबूत बनाने के लिए इंजीनियरिंग सहायता प्रदान करते हैं। ऐसी विशेषज्ञता का समय रहते उपयोग करने से कई उत्पाद लॉन्च को प्रभावित करने वाले महंगे "टूलिंग पुनर्डिजाइन लूप" से बचा जा सकता है।

सामग्री का चयन और ग्रेन दिशा रणनीति

स्टैम्पिंग में सामग्री के चयन का आधार कार्य, आकार देने की क्षमता और लागत के बीच समझौता होता है। जहां कार्यक्षमता आधार मिश्र धातु (उदाहरण के लिए संक्षारण प्रतिरोध के लिए स्टेनलेस स्टील 304 या वजन के लिए एल्यूमीनियम 5052) को निर्धारित करती है, वहीं विशिष्ट ताप और अनाज की दिशा निर्माण की संभवता निर्धारित करते हैं। कठोर सामग्री उच्च यील्ड सामर्थ्य प्रदान करती हैं लेकिन जटिल आकार देने की प्रक्रिया के दौरान फटने की संभावना अधिक होती है।

ग्रेन दिशा की महत्वपूर्ण भूमिका

शीट धातु को रोलिंग द्वारा उत्पादित किया जाता है, जिससे धातु की ग्रेन संरचना रोल की दिशा में लंबी हो जाती है। इस असममितता का अर्थ है कि सामग्री का व्यवहार ग्रेन के सापेक्ष उसे कैसे आकार दिया गया है, इस पर निर्भर करता है:

• ग्रेन के लंबवत (पार) मोड़ना: सबसे मजबूत अभिविन्यास। सामग्री को दरार आए बिना तंग त्रिज्या का सामना करने की क्षमता होती है क्योंकि ग्रेन संरचना को खींचे जाने के बजाय मोड़ा जाता है।
• ग्रेन के समानांतर मोड़ना: सबसे कमजोर अभिविन्यास। ग्रेन आसानी से अलग हो जाते हैं, जिससे बाहरी त्रिज्या पर दरारें आती हैं, विशेष रूप से कठोर मिश्र धातुओं जैसे 6061-T6 एल्यूमीनियम या उच्च-कार्बन इस्पात में।

यदि तंग मोड़ की आवश्यकता हो, तो इंजीनियरों को ड्राइंग पर ग्रेन दिशा निर्दिष्ट करनी चाहिए। यदि भाग की ज्यामिति कई दिशाओं में मोड़ना आवश्यक बनाती है, तो सभी विशेषताओं में स्थिरता और लचीलेपन के बीच संतुलन बनाने के लिए अक्सर ग्रेन के संबंध में 45-डिग्री अभिविन्यास का उपयोग किया जाता है।

महत्वपूर्ण ज्यामिति दिशानिर्देश: छेद, स्लॉट और वेब

पंच-एंड-डाई इंटरफेस के भौतिकी कट विशेषताओं पर सख्त गणितीय सीमाएं लगाती है। इन अनुपातों का उल्लंघन करने से कमजोर डाई अनुभाग बनते हैं जो जल्दी टूट जाते हैं, जिससे बंदी और रखरखाव लागत आती है। नीचे दी गई तालिका मानक स्टैम्पिंग संचालन के लिए "अंगुली के नियम" के सहमति सारांश को दर्शाती है।

छेद से मोड़ की निकटता: सबसे आम त्रुटियों में से एक मोड़ के बहुत निकट छेद का होना है। जैसे-जैसे धातु वक्रता के चारों ओर फैलती है, "विरूपण क्षेत्र" में कोई भी विशेषता विकृत हो जाएगी। यदि डिज़ाइन में सख्ती से मोड़ के निकट छेद की आवश्यकता हो, तो स्टैम्पर को इसे मोड़ने से पहले पंच करना चाहिए बाद में मोड़ने (एक स्टेशन/लागत जोड़कर) या एक विशेष राहत कट का उपयोग करना चाहिए। एक मानक सूत्र जो यह सुनिश्चित करता है कि छेद गोल बना रहे, वह है सामग्री की मोटाई का 1.5 गुना धन वक्रता त्रिज्या मोड़ स्पर्शरेखा से दूर।

मोड़ने और आकार देने के नियम: त्रिज्या, फ्लैंज और राहत

मोड़ना केवल मोड़ना नहीं है; यह एक नियंत्रित लचीला विरूपण है। विफलता के बिना सुसंगत मोड़ प्राप्त करने के लिए, तीन मापदंडों को नियंत्रित करना चाहिए: न्यूनतम मोड़ त्रिज्या, फ्लैंज लंबाई और मोड़ राहत।

न्यूनतम मोड़ त्रिज्या

तीखे आंतरिक कोने स्टैम्प किए गए भागों के लिए दुश्मन हैं। शून्य त्रिज्या (तीखा कोना) एक तनाव संकेंद्रण बिंदु बनाती है जिसके परिणामस्वरूप दरार अवश्य पड़ती है। ठंडे रोल किए गए इस्पात (CRS) या मुलायम एल्युमीनियम जैसी अधिकांश लचीली धातुओं के लिए, न्यूनतम आंतरिक मोड़ त्रिज्या ≥ 1T होनी चाहिए । कठोर सामग्री, जैसे स्टेनलेस स्टील, अक्सर ≥ 2T या उससे अधिक की आवश्यकता होती है। उदार त्रिज्या के साथ डिजाइन करने से औजार के जीवन काल में वृद्धि होती है और भाग के विफल होने का जोखिम कम होता है।

न्यूनतम फ्लैंज लंबाई

एक फ्लैंज को सटीक रूप से मोड़ने के लिए, सामग्री को आकार देने की प्रक्रिया के दौरान पूरे समय डाई के संपर्क में रहना चाहिए। यदि एक फ्लैंज बहुत छोटी है, तो मोड़ पूरा होने से पहले वह V-डाई खुलने में फिसल जाएगी, जिसके परिणामस्वरूप विकृत, गैर-समानांतर किनारा आएगा। एक मानक नियम यह है कि फ्लैंज लंबाई सामग्री की मोटाई की कम से कम 3 से 4 गुना होनी चाहिए । यदि छोटी फ्लैंज की आवश्यकता होती है, तो स्टैम्पर को एक लंबी फ्लैंज बनानी पड़ सकती है और बाद के किसी ऑपरेशन में उसे काटना पड़ सकता है, जिससे भाग की लागत बढ़ जाती है।

बेंड राहत

जब कोई मोड़ भाग की पूरी चौड़ाई तक नहीं फैलता है, तो मोड़ रेखा के सिरों पर सामग्री फट जाएगी, जब तक कि "मोड़ राहत" को नहीं जोड़ा जाता। राहत एक छोटा आयताकार या अर्ध-वृत्ताकार नोच होता है जो फ्लैंज के आधार में काटा जाता है। यह नोच मुड़ी हुई सामग्री को अनमिले सामग्री से अलग करता है, जिससे फटने और विरूपण को रोका जा सके। राहत की गहराई आमतौर पर मोड़ त्रिज्या + सामग्री की मोटाई से अधिक होनी चाहिए।

वास्तविकता बनाम लागत के लिए सहिष्णुता

सहिष्णुता कठोरता स्टैम्पिंग डाई लागत को प्रभावित करने वाला सबसे बड़ा कारक है। यद्यपि आधुनिक सटीक स्टैम्पिंग ±0.001 इंच तक की सहिष्णुता प्राप्त कर सकती है, पूरे भाग में ऐसी सहिष्णुता की आवश्यकता होना अनावश्यक और महंगा है। कसे हुए सहिष्णुता के लिए अधिक सटीक डाई घटकों (वायर ईडीएम कट), अधिक बार रखरखाव (तेज करना) और धीमी प्रेस गति की आवश्यकता होती है।

• ब्लॉक सहिष्णुता: गैर-महत्वपूर्ण विशेषताओं (उदाहरण के लिए, क्लीयरेंस होल, एयर वेंट) के लिए, मानक ब्लॉक सहिष्णुता (आमतौर पर ±0.005" से ±0.010") पर भरोसा करें।
• विशेषता-से-विशेषता आयाम: आयाम मापदंड को भाग के किनारे से नहीं, बल्कि एक दूसरे से संबंधित करना चाहिए। किनारे अक्सर ट्रिमिंग संचालन द्वारा बनाया जाता है, जिसमें छिद्रित छेद की तुलना में अधिक परिवर्तनशीलता होती है। छेद-से-छेद तक आयाम निर्धारित करने से सहनशीलता श्रृंखला उस स्थान पर अधिक कसा हुआ रहता है जहाँ यह महत्वपूर्ण है।
• केवल महत्वपूर्ण विशेषताएँ: ज्यामितीय आयाम एवं सहनशीलता (GD&T) केवल असेंबली के लिए पूर्णतः आवश्यक स्थानों पर लागू करें। यदि फ्लैंज के कोण की सहनशीलता को ±1° से घटाकर ±0.5° कर दिया जाता है, तो स्टैम्पर को स्प्रिंगबैक को नियंत्रित करने के लिए डाई में एक पुनः-स्ट्राइक स्टेशन जोड़ने की आवश्यकता हो सकती है, जिससे औज़ार निवेश बढ़ जाएगा।

सामान्य दोष एवं रोकथाम (DFM चेकलिस्ट)

इंजीनियर CAD मॉडल को अंतिम रूप देने से पहले त्वरित DFM चेकलिस्ट चलाकर सामान्य विफलता मोड की भविष्यवाणी कर सकते हैं और उन्हें डिज़ाइन में दूर कर सकते हैं।

• बर्र्स: सभी स्टैम्पित किनारों पर "टूटने" की ओर बर्र होते हैं। सुनिश्चित करें कि आपके ड्राइंग में "बर्र दिशा" का निर्देश है ताकि तीखे किनारे उपयोगकर्ता के संपर्क वाली सतह पर न रहें। सामान्य स्वीकार्य बर्र की ऊँचाई सामग्री की माप की 10% है।
• स्प्रिंगबैक: मोड़ने के बाद लचीली पुनर्प्राप्ति के कारण कोण खुल जाता है। जबकि स्टैम्पर उपकरण में इसकी भरपाई करता है, स्थिरता बनाए रखने के लिए सामग्री के स्थिर ग्रेड (उदाहरण के लिए, विशिष्ट उच्च-शक्ति वाली कम-मिश्र धातु इस्पात) का उपयोग करना मददगार होता है। भिन्नता रोकने के लिए उत्पादन के बीच में सामग्री आपूर्तिकर्ता न बदलें।
• ऑयल कैनिंग: पतली धातु के बड़े, सपाट, असमर्थित क्षेत्र ऑयल कैन की तरह टेढ़े या "पॉप" होने के प्रवृत्त होते हैं। भार बढ़ाए बिना भाग को कठोर बनाने के लिए रिब्स, एम्बॉसमेंट या सीढ़ियाँ जोड़ने से इस दोष को रोका जा सकता है।

दक्षता के लिए इंजीनियरिंग

धातु स्टैम्पिंग में निर्माण के लिए डिज़ाइन में महारत हासिल करना डिज़ाइन उद्देश्य के त्याग के बारे में नहीं है; यह वास्तविकता के लिए इसे सुधारने के बारे में है। स्टैम्पिंग प्रक्रिया के भौतिकी का सम्मान करके—न्यूनतम अनुपात का पालन करना, सही सामग्री ग्रेन रणनीति का चयन करना, और सहिष्णुता को समझदारी से लागू करना—इंजीनियर लागत को कम कर सकते हैं और दीर्घकालिक उत्पादन स्थिरता सुनिश्चित कर सकते हैं। प्रेस के लिए अनुकूलित एक भाग लाभ, गुणवत्ता और गति के लिए अनुकूलित भाग होता है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

1. धातु स्टैम्पिंग के लिए न्यूनतम छेद का आकार क्या होता है?

सामान्य नियम के रूप में, पंच किए गए छेद का व्यास सामग्री की मोटाई (1T) से कम नहीं होना चाहिए। जैसे स्टेनलेस स्टील जैसी उच्च-शक्ति वाली सामग्री के लिए, पंच के टूटने से बचने के लिए 1.5T या 2T का अनुपात अक्सर अनुशंसित किया जाता है। यदि छोटे छेद आवश्यक हों, तो उन्हें ड्रिल करना या मशीनिंग द्वितीयक संचालन के रूप में करना आवश्यक हो सकता है।

2. सामग्री के दाने की दिशा मोड़ने को कैसे प्रभावित करती है?

धातु के दाने की दिशा शीट की रोलिंग प्रक्रिया के दौरान बनती है। दाने के लंबवत (पार करते हुए) मोड़ना अधिक मजबूत होता है और बिना दरार के तंग त्रिज्या की अनुमति देता है। दाने के समानांतर मोड़ना कमजोर होता है और बाहरी त्रिज्या पर दरार आने की संभावना अधिक होती है। महत्वपूर्ण संरचनात्मक मोड़ हमेशा दाने के पार अभिविन्यासित होने चाहिए।

3. ब्लैंकिंग और पियर्सिंग में क्या अंतर है?

ब्लैंकिंग धातु की पट्टी से भाग के समग्र बाहरी आकार को काटने की प्रक्रिया है; जिस भाग को हटाया जाता है, वह उपयोगी भाग होता है। पियर्सिंग (या पंचिंग) आंतरिक छेद या आकृतियों को काटने की प्रक्रिया है; जिस भाग को हटाया जाता है, वह अपशिष्ट (स्लग) होता है। दोनों कटिंग प्रक्रियाएं हैं लेकिन डाई स्टेशन अनुक्रम में अलग-अलग उद्देश्यों की सेवा करती हैं।