Ključna načela projektiranja za izvedivost kovanja

KRATKO

Oblikovanje dijela za proizvodivost kovanjem zahtijeva strategijsko planiranje njegove geometrije kako bi se olakšao proces kovanja metala. To uključuje pažljivu kontrolu ključnih značajki poput ravnine razdvajanja, nagiba, polumjera zaobljenja i debljine stijenke kako bi se osigurao glatki tok materijala, spriječili nedostaci te omogućilo lako uklanjanje dijela iz kalupa. Ispravno oblikovanje minimizira troškove, smanjuje naknadnu obradu i maksimalizira vlastitu čvrstoću kovanog dijela.

Osnove oblikovanja za proizvodivost kovanjem (DFM)

Dizajn za izradu kovanjem (DFM) je specijalizirana inženjerska praksa koja se fokusira na optimizaciju dizajna dijela za proces kovanja. Glavni cilj je stvaranje komponenti koje nisu samo funkcionalne, već i učinkovite te ekonomične za proizvodnju. Uzimajući u obzir ograničenja i mogućnosti kovanja od samog početka, inženjeri mogu znatno smanjiti troškove proizvodnje, poboljšati kvalitetu gotovog dijela i minimizirati potrebu za opsežnim sekundarnim operacijama poput obrade skidanjem strugotine. Kako detaljno objašnjavaju stručnjaci, kovanje poravnava tok zrna metala s oblikom dijela, čime se poboljšavaju mehanička svojstva poput otpornosti na umor i žilavosti pri udaru. Ovaj postupak proizvodi komponente s većom čvrstoćom i izdržljivošću u usporedbi s lijevanjem ili obradom skidanjem strugotine .

Osnovni ciljevi DFM-a za kovanje uključuju:

• Smanjenje složenosti: Jednostavni, simetrični oblici lakše su za kovanje, zahtijevaju manje složenu alatnu opremu i rezultiraju manje nedostataka.
• Osiguravanje toka materijala: Dizajn mora omogućiti glatko strujanje metala i potpuno ispunjavanje kalupa bez stvaranja šupljina ili preklapanja.
• Standardizacija komponenti: Korištenje standardnih dimenzija i značajki, gdje je to moguće, može smanjiti troškove alata i proizvodnog vremena.
• Smanjivanje otpada: Optimizacijom početne veličine billeta i geometrije dijela smanjuje se otpad materijala, osobito 'let' koji se odstranjuje nakon kovanja.

Zanemarivanje ovih načela može dovesti do značajnih izazova. Loši dizajnerski izbori mogu rezultirati proizvodnim greškama, povećanim trošenjem alata, većim otpadom materijala i konačno slabijim, skupljim gotovim proizvodom. Za poduzeća u zahtjevnim sektorima poput automobilske i zrakoplovne industrije, suradnja s stručnim proizvođačem ključna je. Na primjer, stručnjaci za vruće kovanje u automobilskoj industriji, kao što je Shaoyi Metal Technology , koriste svoje znanje u izradi kalupa i proizvodnim procesima kako bi osigurali da su dizajni optimizirani za učinkovitost i performanse, od izrade prototipa do serije.

Osnovni geometrijski aspekt 1: Ravnina razdvajanja i kutovi izvlačenja

Među najvažnijim elementima u konstrukciji kovanja nalaze se ravnina razdvajanja i kutovi izvlačenja. Ove karakteristike izravno utječu na složenost kalupa, tok materijala te lakoću izvlačenja gotovog dijela iz alata. Dobro planiran pristup ovim aspektima osnovni je za uspješnu i učinkovitu operaciju kovanja.

Ravnina razdvajanja

Ravnina razdvajanja je površina na kojoj se spajaju dvije polovice kalupa za kovanje. Njezino mjesto predstavlja ključnu odluku u procesu projektiranja i treba biti jasno označeno na crtežu kovanja. Idealno, ravnina razdvajanja trebala bi ležati u jednoj ravnini i biti postavljena oko najveće projicirane površine dijela. To pomaže u osiguravanju uravnoteženog toka materijala i smanjuje sile potrebne za izradu komponente. Prema smjernicama s Engineers Edge , pravilno postavljena razdjelna linija također pomaže u kontroliranju smjera tokova zrna i sprječava podrezivanje, što bi otežalo ili onemogućilo izbacivanje dijela iz kalupa.

Nagibni kutovi

Kosi kutovi su mali nagibi koji se primjenjuju na sve okomite površine kovanja paralelne s kretanjem kalupa. Njihova primarna svrha je olakšati lako uklanjanje dijela iz kalupa nakon što je oblikovan. Bez odgovarajućeg nagiba, dio može zaglaviti, što uzrokuje oštećenje kako komponente tako i skupog kalupa. Potreban kut nagiba ovisi o složenosti dijela i materijalu koji se koristi, ali tipični kosi kutovi za čelična kovanja kreću se od 3 do 7 stupnjeva . Nedovoljan nagib može uzrokovati greške, povećati habanje kalupa i usporiti proizvodni ciklus.

Osnovno geometrijsko razmatranje 2: rebra, webovi i polumjeri

Osim ukupnog oblika, dizajn specifičnih značajki poput rebri, webova i polumjera kutova i zaobljenja ključan je za izvodivost proizvodnje. Ove elemente potrebno je projektirati tako da osiguraju glatko strujanje materijala i spriječe uobičajene nedostatke kovanja, istovremeno osiguravajući strukturnu čvrstoću konačnog dijela.

Rebra i webovi

Rebra su uske, izdignute značajke koje se često koriste za povećanje čvrstoće i krutosti dijela bez dodavanja prekomjerne težine. Webovi su tanke sekcije materijala koje povezuju rebra i druge značajke. Pri projektiranju ovih elemenata ključno je pravilno upravljati njihovim proporcijama. Visoka, uska rebra mogu biti teška za ispunjavanje materijalom, što može dovesti do nedostataka. Opće pravilo je da visina rebara ne bi trebala premašiti šest puta njegovu debljinu. Nadalje, debljina rebara idealno bi trebala biti jednaka ili manja od debljine weba kako bi se spriječili problemi pri obradi.

Polumjeri kutova i zaobljenja

Jedno od najvažnijih pravila u konstrukciji kovanja je izbjegavanje oštrih unutarnjih i vanjskih kutova. Oštri kutovi ometaju tok metala, što može dovesti do grešaka poput preklapanja i hladnih zatvorenih spojeva gdje se materijal presavija na sebe. Također stvaraju koncentracije naprezanja u kalupu i gotovom dijelu, što može smanjiti vijek zamora. Nužno je koristiti dovoljne polumjere zaobljenja (unutarnji) i kutove (vanjski). Ove zaobljene ivice pomažu glatkom protoku metala u sve dijelove šupljine kalupa, osiguravaju potpuno ispunjavanje i ravnomjernije raspodjeljuju naprezanje. To ne samo da poboljšava čvrstoću dijela, već također produžava vijek trajanja kalupova za kovanje smanjenjem habanja i rizika od pucanja.

Upravljanje tokom materijala: Debljina presjeka i simetrija

Osnovna fizika kovanja uključuje prisiljavanje čvrstog metala da teče poput guste tekućine u željeni oblik. Stoga je upravljanje tokom materijala od presudne važnosti za izradu dijela bez grešaka. Ključno za to je održavanje konstantne debljine presjeka i iskorištavanje simetrije ondje gdje god je to moguće.

Nagle promjene debljine zida mogu uzrokovati značajne probleme. Metal će uvijek slijediti put najmanjeg otpora, a nagli prijelaz s debelog na tanak dio može ograničiti tok, sprječavajući potpuno ispunjavanje tankog dijela. Ovo također može stvoriti termičke gradijente tijekom hlađenja, što dovodi do izobličenja ili pucanja. Idealni dizajn kovanja održava jednoliku debljinu zida kroz cijeli dio. Kada su promjene neizbježne, one bi trebale biti postupne s glatkim, postupnim prijelazima. To osigurava ravnomjerno raspodijeljen pritisak i jednoliki protok metala u sve dijelove kalupa.

Simetrija je još jedan moćan alat za dizajnera. Simetrični dijelovi su po prirodi lakši za kovanje jer potiču ravnotežni tok materijala i pojednostavljuju dizajn kalupa. Sile su ravnomjernije raspoređene, a dio je manje sklon izobličenju tijekom kovanja i naknadnog hlađenja. Kada god aplikacija to dopušta, projektiranje jednostavnih, simetričnih oblika skoro uvijek dovesti će do robusnijeg, ekonomičnijeg proizvodnog procesa i konačnog komponenta više kvalitete.

Planiranje završne obrade: Dodaci za obradu i tolerancije

Iako kovanje može proizvesti dijelove koji su vrlo blizu konačnom obliku (tako nazvani gotovi oblik), često je potrebna sekundarna mehanika obrada kako bi se postigle stroge tolerance, određene površinske obrade ili karakteristike koje nije moguće izkovati. Ključni dio projektiranja s obzirom na izvodivost je planiranje ovih koraka završne obrade već u ranoj fazi.

„Dodatak za obradu“ je dodatni materijal namjerno dodan kovanom dijelu na površinama koje će kasnije biti obrađivane. To osigurava dovoljnu količinu materijala za uklanjanje kako bi se postigla konačna, točna dimenzija. Tipični dodatak za obradu može iznositi oko 0,06 inča (1,5 mm) po površini, ali se ova vrijednost može razlikovati ovisno o veličini i složenosti dijela. Projektant mora uzeti u obzir najnepovoljniji slučaj zbrajanja tolerancija i kutove izvlačenja pri određivanju ovog dodatka.

Tolerancije kod kovanja su prirodno labavije nego kod preciznog obrada. Postavljanje realističnih tolerancija za sirov kovani dio je ključno za kontrolu troškova. Pokušaj zadržavanja nepotrebno strogih tolerancija kod kovanja može drastično povećati troškove alata i stope odbacivanja. Umjesto toga, dizajn bi trebao razlikovati između kritičnih površina koje će se obrađivati strojno i neciktičnih površina koje mogu ostati u stanju nakon kovanja. Jasnime komunikacijom ovih zahtjeva na crtežu, konstruktori mogu stvoriti dio koji je istovremeno funkcionalan i ekonomičan za proizvodnju, time premostivši jaz između sirovog kovanog dijela i gotovog komponenta.

Često postavljana pitanja

1. Koja su obzirom na dizajn razmatranja za kovanje?

Osnovni aspekti dizajna kod kovanja uključuju odabir odgovarajućeg materijala, definiranje geometrije dijela kako bi se olakšao tok metala i specificiranje ključnih značajki. To uključuje položaj ravnine razdvajanja, dovoljne kutove izvlačenja za lako uklanjanje dijela, velike polumjere zaobljenja i uglova kako bi se izbjegle koncentracije naprezanja te održavanje jednolike debljine zidova. Osim toga, projektanti moraju predvidjeti dodatke za obradu skidanjem strugotine i realne tolerancije za operacije nakon kovanja.

2. Kako projektirate dio za proizvodnju?

Projektiranje dijela za proizvodnju, ili DFM, podrazumijeva pojednostavljenje dizajna radi smanjenja složenosti i troškova. Ključna načela uključuju smanjenje ukupnog broja dijelova, korištenje standardnih komponenti kad god je moguće, dizajniranje višenamjenskih dijelova te odabir materijala koji su laki za obradu. Konkretno u kovanju, to znači dizajnirati za ravnomjeran tok materijala, izbjegavati oštre rubove i minimizirati potrebu za sekundarnim operacijama.

3. Što karakterizira dizajn za proizvodnju?

Dizajn za proizvodnju (DFM) karakterizira proaktivni pristup kod kojeg se proces proizvodnje uzima u obzir već u ranoj fazi dizajna. Njegovi osnovni principi uključuju optimizaciju dizajna kako bi se olakšala izrada, postigla isplativost i kvaliteta. To znači usredotočenost na elemente poput odabira materijala, mogućnosti procesa, standardizacije i smanjenja složenosti kako bi se osiguralo da se konačni proizvod može pouzdano i učinkovito proizvesti.