Gyártásra tervezés: Fémtüntetés – A mérnöki kézikönyv

TL;DR

A gyártáskönnyítés (DFM) fémtüntetéshez az alkatrész geometriájának a sajtolóprés és az esztergák képességeihez való igazítását célzó stratégiai mérnöki gyakorlat. Olyan alkatrészek tervezésével, amelyek tiszteletben tartják az anyagkorlátozásokat – ahelyett, hogy ellenük dolgoznának – a mérnökök akár 50%-kal csökkenthetik az eszközgyártási költségeket, felgyorsíthatják a gyártási időt, és kiküszöbölhetik a repedések vagy rugóhatás jellegű hibákat.

A sajtolási DFM lényege az ellenőrzött „aranyszabályok” betartásában rejlik a geometriával kapcsolatban. A kulcsfontosságú arányok közé tartozik annak biztosítása, hogy a lyukak átmérője legalább megfeleljen az anyagvastagságnak (1T) , a minimális hajlítási rádiusz 1T legyen a törések megelőzése érdekében, és a funkciók távol tartása a hajlítási zónáktól 1,5T + Rádiusz értékkel. Ezeknek a korlátozásoknak a CAD-fázis korai szakaszában történő alkalmazása a leghatékonyabb módja a gyártási kivitelezhetőség biztosításának.

A mérnöki üzleti indok: Miért fontos a DFM a sajtolásban

A fémnyomtatásban a alkatrész költsége nagyrészt még azelőtt határozza meg, hogy megrendelnék az első fémlapot. A termék végső gyártási költségeinek körülbelül 70%-a a tervezési szakaszban kerül meghatározásra. A "falon átnyúló" mérnöki művészet, amelyben a tervezést előzetes konzultáció nélkül adják át a gyártóknak, gyakran összetett szerszámkövetelményekkel jár, amelyek exponenciálisan növelik a költségeket. Egy DFM nélkül tervezett alkatrészhez egy 20 állomású, bonyolult progresszív formátumra és drága csúszó akciókra van szükség, míg egy DFM-optimalizált változatot egy egyszerűbb 12 állomású szerszámmal lehet gyártani.

A DFM együttműködési módja hidat épít az ideális geometria és a hidegformáló acél durva valósága között. A hangsúly a "meg lehet-e csinálni?"-ről a "hatékonyan lehet-e csinálni?"-re vált. A gyártási partnerrel való korai kapcsolatfelvétel révén a mérnökök azonosíthatják a költségmozgókat, mint például a szűk tűrést, amely precíziós őrlést igényel, vagy a másodlagos borotválási műveleteket igénylő funkciókat. Például a nem kritikus lyuk tolerációjának ±0,002 "tól ±0,005" -re történő lazítása jelentősen meghosszabbíthatja a szerszám élettartamát és csökkentheti az alkatrészárat.

Ez különösen fontos a prototípusról a gyártásig történő méretezésnél. A lézeres vágásra alkalmas (kis térfogatú) tervezés gyakran hibás a nyomtatópressen (nagy térfogatú) különböző feszültségfaktorok miatt. Olyan partnerek, mint Shaoyi Metal Technology a projektek a következőkben részesülnek: a projektek tervezése, a projektek tervezése, a projektek tervezése, a projektek tervezése, a projektek tervezése, a projektek tervezése, a projektek tervezése, a projektek tervezése, a projektek tervezése, a projektek tervezése, a projektek tervezése, a projekt Az ilyen szakértelem korai kihasználása megakadályozza a sok termék bevezetését sújtó költséges "eszköz-újratalkotási hurok" kialakulását.

Az anyagválasztás és a gabonafelület stratégiája

A nyomtatás során az anyagválasztás egy kompromisszum a funkció, a formálhatóság és a költség között. Míg a funkcionalitás meghatározza az alapszálát (pl. rozsdamentes acél 304 korróziós ellenállás vagy alumínium 5052 súly), a speciális hőmérséklet és szemcseirány a gyártási képességet határozza meg. A keményebb anyagok nagyobb kimenőteljességet nyújtanak, de hajlamosabbak a összetett formálási műveletek során való repedésre.

A gabonavezetés kritikus szerepe

A lapfémek hengereléssel készülnek, amely a fém szemes szerkezetét a tekercs irányában hosszabbítja meg. Ez az anisotropia azt jelenti, hogy az anyag a gabonához képest eltérően viselkedik, attól függően, hogy hogyan alakult ki:

• A gabonát merőleges (át) hajlítással: A legerősebb irányítás. Az anyag szorosabb sugárzásnak is ellenáll, repedés nélkül, mivel a szemcsés szerkezetet nem széthúzzák, hanem összehajtják.
• A gabonát pedig (a földön) meghajlóan. A leggyengébb orientáció. A szemek könnyen elválik, ami törésekhez vezet a külső sugaron, különösen a keményebb ötvözetekben, mint például a 6061-T6 alumínium vagy a magas szén-dioxid-tartalmú acél.

A mérnököknek a nyomtatáson meg kell határozniuk a szemcsés irányt, ha szoros görbületekre van szükség. Ha a darab geometriája több irányban is meghajtja a görbülést, a szemcsőhöz viszonyított 45 fokos orientációt gyakran kompromisszumként használják, hogy az összes tulajdonságon egyensúlyba hozzák az erősséget és a formabilitást.

Kritikus geometriai iránymutatások: lyukak, rések és háló

A szúrás- és ölés interfészének fizika szigorú matematikai korlátokat szab a vágási funkciókra. Ha ezeket a arányokat megsértik, gyenge tömörítőszakaszok keletkeznek, amelyek korai megszakadást okoznak, ami leállási időhöz és karbantartási költségekhez vezet. Az alábbi táblázat összefoglalja a szabványos bélyegző műveletekhez szükséges "gyakorlati szabályokat".

Lyuk-hajlítás közelsége: Az egyik leggyakoribb hiba, ha a lyuk túl közel kerül a hajlításhoz. Ahogy a fém nyúlik a sugár mentén, bármely elem a „deformációs zónában” eltorzul. Ha a tervezés szigorúan megköveteli a lyukat hajlítás közelében, a kivágást el kell végezni utána hajlítás előtt (további állomás/költség felvétele), vagy speciális kifúrást kell alkalmazni. Egy szabványos képlet annak biztosítására, hogy a lyuk kerek maradjon: helyezze a szélét legalább 1,5-szeres anyagvastagság plusz a hajlítási sugár távolságra a hajlítási érintőtől.

Hajlítási és alakítási szabályok: Sugár, peremek és kiegyenlítés

A hajlítás nem csupán hajtogatás; hanem irányított plasztikus deformáció. A hibamentes, konzisztens hajlításhoz három paramétert kell szabályozni: a minimális hajlítási sugár, a peremhossz és a hajlításkiegyenlítés.

Minimális hajlítási sugár

A éles belső sarkok a kihúzott alkatrészek ellenségei. A nulla sugarú (éles) sarok feszültségösszpontosítódási pontot hoz létre, amely elkerülhetetlenül repedésekhez vezet. A legtöbb különösen alakítható fémnél, például hidegen hengerelt acélnál (CRS) vagy lágy alumíniumnál, a Minimális belső hajlítási sugár legyen ≥ 1T . Keményebb anyagok, például rozsdamentes acél, gyakran ≥ 2T vagy nagyobb értéket igényelnek. Bőven méretezett sugarakkal történő tervezés meghosszabbítja az eszköz élettartamát, és csökkenti az alkatrész meghibásodásának kockázatát.

Minimális peremhosszúság

Pontos hajtás érdekében a anyagnak az egész alakítási folyamat során érintkeznie kell kell a sabonnal. Ha egy hajtás túl rövid, a V-alakú sabonyílásba csúszik, mielőtt a hajtás befejeződne, ami torzult, nem párhuzamos szélhez vezet. Általános szabály, hogy a Hajtás hosszának legalább 3-4-szerese kell legyen az anyag vastagságának . Ha rövidebb hajtás szükséges, a kihúzónak esetleg hosszabb hajtást kell kialakítania, majd azt egy következő műveletben levágni, ami növeli az alkatrész költségét.

Hajlítási kivágások

Ha egy hajlítás nem terjed ki az alkatrész teljes szélességére, a hajlítási vonal végeinél az anyag megszakadhat, kivéve, ha "Hajlításkövetelést" adunk hozzá. A követelés egy kis téglalap alakú vagy félkör alakú bevágás, amelyet a perem alapjába vágnak. Ez a bevágás elválasztja a hajlított anyagot a nem hajlítotttól, megelőzve ezzel a szakadást és deformálódást. A követelés mélysége általában haladja meg a hajlítási rádiuszt és az anyagvastagságot.

Tűréshatárok a valósághoz képest vs. költség

A tűrés szigorúsága az egyetlen legnagyobb tényező a sajtóforma költségeinek meghatározásában. Bár a modern precíziós sajtózás ±0,001 hüvelykig is pontos lehet, ennek az egész alkatrészre kiterjedő előírása felesleges és költséges. Szűkebb tűrések pontosabb formaalkatrészeket (drót vágásos EDM), gyakoribb karbantartást (élezés) és lassabb sajtósebességeket igényelnek.

• Blokk tűrések: Nem kritikus jellemzők esetén (pl. átmenő furatok, szellőzőnyílások) a szabványos blokk tűrésekre kell támaszkodni (általában ±0,005”-tól ±0,010”-ig).
• Jellemzők közötti méretezés: A méretek kritikus jellemzőit egymástól, nem az alkatrész szélétől kell meghatározni. A szél gyakran vágási művelet eredménye, amely természeténél fogva nagyobb változatosságot mutat, mint egy kiszelyezett lyuk. A lyuk-lyuk méretezése szorosabbra zárja a tűrésláncot ott, ahol az számít.
• Csak kritikus jellemzők: Alkalmazza a GD&T (Geometriai Méretek és Tűrések) szimbólumait kizárólag azoknál a helyeknél, ahol az összeszereléshez feltétlenül szükséges. Ha egy flanckúp tűrése szűkítésre kerül ±1°-ról ±0,5°-ra, az acélsablon készítőjének esetleg újraütő állást kell beépítenie az eszközbe a rugóhatás szabályozása érdekében, ami növeli a szerszámberuházást.

Gyakori hibák és megelőzésük (A DFM ellenőrzőlista)

A mérnökök előre láthatják és kiküszöbölhetik a gyakori hibamódokat, ha futtatnak egy gyors DFM ellenőrzőlistát a CAD modell véglegesítése előtt.

• Borítékok: Minden kihúzott éllel rendelkezik érdességgel a „törés” oldalon. Gondoskodjon róla, hogy a rajzon legyen feltüntetve az „Érdesség iránya”, így a éles élek ne legyenek azokon a felületeken, amelyeket a felhasználó érint. A szabványosan megengedett érdesség magassága a anyag vastagságának 10%-a.
• Visszapattanás: A hajlítás után a rugalmas visszanyerés miatt a szög megnyílik. Míg a nyomó ezt kompenzálja az eszközben, a következetes anyagminőségek használata (pl. speciális, magas szilárdságú, alacsony ötvözetű acél) segít a következetesség fenntartásában. A gyártás közepén ne változtasson anyagszállítókat, hogy elkerülje a változást.
• Főolajkonzerv: A nagy, lapos, alátámasztatlan, vékony fémterületek hajlamosak megcsúszni vagy "kibukni", mint egy olajkészlet. A bordák, a díszítők vagy a lépcsők hozzáadása megkeményíti a alkatrészt, anélkül, hogy súlyt adna, és megakadályozza ezt a hibát.

A hatékonyságra irányuló mérnöki munkák

A fémnyomtatásban a tervezés gyárthatóságának elsajátítása nem a tervezési szándék kompromisszumáról szól; hanem a valósághoz való finomításáról. A nyomtatási folyamat fizikájának tiszteletben tartásával, a minimális arányok betartásával, a megfelelő anyagmagstratégia kiválasztásával és a tűréshatárok mérlegelhető alkalmazásával a mérnökök csökkenthetik a költségeket és biztosíthatják a hosszú távú termelési stabilitást. A sajtóhoz optimalizált alkatrész a profit, a minőség és a sebesség szempontjából optimalizált alkatrész.

Gyakran Ismételt Kérdések

1. Mekkora a minimális lyukméret fémlemez-kivágásnál?

Általános szabály, hogy a kivágott lyuk átmérője ne legyen kisebb, mint az anyagvastagság (1T). Magas szilárdságú anyagoknál, például rozsdamentes acélnál, gyakran ajánlott az 1,5T vagy 2T arány a bélyeg törésének elkerülése érdekében. Ha kisebb lyukak szükségesek, azokat másodlagos műveletként, fúrással vagy megmunkálással kell elkészíteni.

2. Hogyan befolyásolja az anyag rostirány a hajlítást?

A fém rostiránya a lemez gördülési folyamata során jön létre. A rostokra merőleges (keresztirányú) hajlítás erősebb, és szorosabb sugarú hajlítás végezhető rajta repedés nélkül. A rostokkal párhuzamos hajlítás gyengébb, és nagyobb az esélye a külső íven repedések kialakulására. A kritikus szerkezeti hajlításokat mindig a rostokra merőlegesen kell végezni.

3. Mi a különbség a blanking és a piercing között?

A kivágás olyan művelet, amely során a rész darab teljes külső alakját kivágják a fémszalagból; a kivágott darab a hasznos rész. A dörzsölés (vagy lyukasztás) belső lyukak vagy alakzatok kivágásának művelete; a kivágott darab a selejt (dugó). Mindkettő vágó művelet, de különböző célokat szolgálnak az állvány sorozatban.