Apkirpimo ir išpjovimo formų projektavimo pagrindai

TRUMPAI

Apmovimo ir gręžimo formos dizainas yra specializuota inžinerinė disciplina, kurios tikslas – sukurti patikimus presavimo įrankius tiksliai pjaustyti ir skylėms mušti lakštiniam metalui. Sėkmė priklauso nuo tikslių pjaustymo jėgų skaičiavimų, strateginio įrankių medžiagų parinkimo ir pažangių konstravimo technikų. Pagrindiniai tikslai – efektyviai valdyti medžiagos apkrovas, užtikrinti švarų pjaustymą su minimaliais nukirpimais ir maksimaliai pailginti formos komplekto tarnavimo laiką bei tikslumą.

Apmovimo ir gręžimo operacijų pagrindai

Lakštinio metalo gamyboje apkarpymas ir gręžimas yra pagrindinės pjaunamosios operacijos, kurios nustato detalės galutinę geometriją. Nors šios operacijos dažnai grupuojamos kartu su panašiomis, jos atlieka skirtingas funkcijas. Apkarpymas – tai perteklinės medžiagos pašalinimas iš išspaudžiamos detalės išorinio krašto, siekiant pasiekti galutinį profili. Gręžimas, kita vertus, reiškia vidinių elementų, tokių kaip skylės ar plyšiai, formavimą, išspaudžiant medžiagą iš detalės perimetro vidaus. Abi operacijos priklauso nuo kirpimo veiksmo, kai didžiulė įtampa koncentruojama ant stūmoklio ir matricos pjovimo kraštų, dėl ko medžiaga švariai sulūžta.

Mechaniškai supjausto pjūvio briaunos kokybę lemia keturios zonos: užlenkimas, blizgesys, lūžis ir kirpimas. Kaip išsamiai aprašyta vadovuose iš AHSS Guidelines , aukštos stiprybės plienams idealus kraštas turi aiškiai išreikštą blizgesio zoną ir lygią lūžio zoną, kas yra svarbu įtrūkimų prevencijai vėlesnėse formavimo operacijose. Šių pagrindų supratimas yra pirmasis žingsnis kuriant įrankį, kuris gamina nuosekliai aukštos kokybės detalis.

Norint paaiškinti jų vaidmenis, verta palyginti šias operacijas su kitais dažniausiais pjaustymo procesais. Iškirpimas yra panašus į gręžimą, tačiau išmuštas medžiagos gabalas (atkarpėlis) yra pageidaujama detalė, o gręžime atkarpėlis yra šiukšlės. Pjovimas yra bendresnis terminas, reiškiantis lakštinio metalo pjaustymą tiesia linija tarp dviejų peilių. Kiekvienas procesas parenkamas atsižvelgiant į pageidaujamą rezultatą ir jo vietą gamybos sekoje.

Formos konstrukcijos pagrindiniai principai ir pagrindiniai skaičiavimai

Veiksminga formos projektavimas – tai inžinerijos principais paremtas duomenimis grindžiamas procesas. Prieš pradedant bet kokį modeliavimą, projektuotojai turi atlikti svarbius skaičiavimus, kad užtikrintų, jog įrankis ištvers eksploatacines jėgas ir patikimai veiks pasirinktame presu. Svarbiausias skaičiavimas – pjovimo jėgos apskaičiavimas, nustatantis reikalingą preso tonąžą. Formulė paprastai pateikiama taip: Pjovimo jėga (F) = L × t × S , kur 'L' yra bendras išpjovos perimetro ilgis, 't' – medžiagos storis, o 'S' – medžiagos skersinė stipris.

Tiksliai nustatyti pjaunamąją jėgą yra būtina renkantis presą su pakankamu tonųžos kiekiu, paprastai su 20–30 % saugos marža. Kitas svarbus veiksnys – įrankio tarpelis, t. y. tarpas tarp stūmoklio ir įformos angos. Kaip nurodyta išsamiame vadove nuo Jeelix , optimalus tarpelis paprastai sudaro 5–12 % medžiagos storio vienai pusei. Nepakankamas tarpelis padidina pjaunamąją jėgą ir įrankių dėvėjimąsi, o per didelis tarpelis gali sukelti didelius griovelius ir žemos kokybės kraštus. Aukštos stiprybės plienams (AHSS) šie tarpeliai dažnai turi būti padidinti, kad būtų galima valdyti didesnes apkrovas.

Kokybės komponentų medžiagos parinkimas yra kitas pagrindinis principas. Įspaudai ir formos įstatiniai turi turėti kietumo atsparumui dilimui ir atsparumą trūkinėjimui smūgiams balansą. Dažnos pasirinktys apima D2 ir A2 įrankių plienus bendroms aplikacijoms, o didelės apimties gamybai ar dirbant su abrazyviais medžiagomis gali reikėti miltelių metalurgijos plienų arba kietmaterių. Parinkimo procesas apima kompromisą tarp kainos ir našumo, siekiant maksimaliai pailginti formos tarnavimo laiką ir sumažinti techninės priežiūros prastovas. Sudėtingoms aplikacijoms, pvz., automobilių sektoriuje, būtina pasitelkti ekspertizę. Tokios įmonės kaip Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. specializuojasi automobilių presavimo formose, pasitelkdamos pažangias simuliacijas ir medžiagų žinias, kad teiktų patikimas ir efektyvias įrankių sprendimus.

Apkirpimo ir išgręžimo formos rinkinio sandara

Forma nėra vientisa plieno masė, o tiksliai surinkta tarpusavyje susijusių komponentų sistema, kurių kiekvienas atlieka specifinę funkciją. Šios struktūros supratimas yra esminis efektyvių įrankių projektavimui, gamybai ir priežiūrai. Visa ši sistema yra talpinama formos rėme, kurį sudaro viršutinė ir apatinė formos plokštė (ar plokštelė), tiksliai sureguliuota naudojant orientavimo kaiščius ir įvorės. Ši bazinė sistema užtikrina mikronų tikslumo tarpusavio suderinamumą tarp formos viršutinės ir apatinės dalių aukšto greičio veikimo metu, kas yra būtina, kad būtų išvengta pažeidimų ir išlaikytas gaminio vientisumas.

Pagrindiniai darbiniai komponentai yra įspaudas ir matrica (arba maitrinė / įstatas). Įspaudas, pritvirtintas prie viršutinės matricos padėklo, yra vyriškoji dalis, atliekanti pjaustymą. Matrica, pritvirtinta prie apatinio padėklo, yra moteriškoji dalis su anga, į kurią įeina įspaudas. Tiksli šių dviejų dalių geometrija ir tarpas nusako išveržtos angos arba apkirpto krašto galutinę formą. Jų medžiaga, kietumas ir paviršiaus apdorojimas yra itin svarbūs įrankio tarnavimo laikui ir detalės kokybei.

Kitas svarbus komponentas yra išstūmiklis. Kai įrankis išpjauna medžiagą, metalo plokštės tamprumas verčia ją prilipti prie įrankio. Išstūmiklio funkcija yra priverstinai nuimti medžiagą nuo įrankio, kai presas juda aukštyn. Išstūmikliai gali būti fiksuoti arba su spyruoklėmis; pastarieji suteikia slėgį, kuris laiko medžiagą plokščią pjovimo metu, taip gerinant detalės plokštumą. Progresyviems kalibrų rinkiniams būtini taip pat ir orientavimo kaiščiai. Tai kaiščiai, kurie įsikabina į anksčiau išveržtas skyles juostoje, kad užtikrintų tikslų atitikimą kiekviename sekančiame etape.

Kalibrų komponentų techninės priežiūros patikros sąrašas:

• Įrankiai ir kalibrų įdėklai: Reguliariai tikrinkite pjovimo kraštus dėl apvalinimo, nugnybimų ar pernelyg didelio nusidėvėjimo. Pagal poreikį sureguliuokite, kad išlaikytumėte švarų pjaunamąjį pjūvį ir sumažintumėte pjovimo jėgą.
• Vadovaujantys kaiščiai ir įmovos: Įsitikinkite, kad jie tinkamai tepami, ir tikrinkite galimus įbrėžimus ar nusidėvėjimo požymius. Nusidėvėję vedikliai gali sukelti neteisingą išdėstymą ir katastrofiškus kalibrų gedimus.
• Išstūmimo plokštė: Patikrinkite, ar spyruoklės (jei taikoma) turi pakankamą įtempimą ir nėra sulaužytos. Patikrinkite kontaktinio paviršiaus dėvėjimąsi.
• Formos rinkinys: Apžiūrėkite kalibrus dėl įtrūkimų ar pažeidimų. Užtikrinkite, kad visi tvirtinimo elementai būtų užveržti pagal nustatytas specifikacijas.
• Bendra švaros būklė: Laikykite kalibrą laisvą nuo gabalėlių, skilvelių ir kitų šiukšlių, kurios gali sukelti defektus detalei ar pažeisti įrankį.

Pažangios formos konstravimo technikos ir medžiagos

Tolindami nuo pagrindinių principų, pažangus formos projektavimas siekia optimizuoti našumą, apdoroti sudėtingas medžiagas ir pailginti įrankių tarnavimo laiką didelės apimties gamybai. Vienas svarbiausių pasiekimų – tai progresyvių formų naudojimas, kurios atlieka kelias operacijas (pvz., gręžimą, apkarpymą, lenkimą) nuosekliai skirtingose stotyse viename įrankyje. Kaip aiškina ekspertai iš Eigen Engineering , progresyvių formų projektavimo meistriškumas reikalauja išplėstos juostos išdėstymo planavimo strategijos, siekiant maksimaliai efektyviai panaudoti medžiagą ir užtikrinti juostos stabilumą, kai ji juda per formą.

Norint pasiekti išskirtinį detalės plokštumą, naudojamos tokios technikos kaip tikslusis išspaudimas ir išpjovimo su nešimu metodas. Tikslusis išspaudimas – tai specializuotas procesas, kuriame medžiaga standžiai pritvirtinama naudojant aukšto slėgio plokštelę ir V formos žiedą, dėl to gaunama visiškai nupjauta, tiesių kraštų detalė beveik be lūžio zonos. Panašiai, „išpjovimo su nešimu“ metodas, kurį išsamiai aprašė Gaminantis įmonė , apima detalės išspaudimą tik dalinai per juostą ir jos palaikymą plokščios pagal slėgio plokštelę, kol ji vėliau išstumiama kitoje stotyje. Toks medžiagos valdymas pjovimo metu sumažina vidinius įtempimus, sukeliančius iškraipymus.

Projektuojant aukštos stiprybės plienus (AHSS), iškyla unikalūs iššūkiai dėl jų didelės stiprybės ir sumažėjusio plastiškumo. Tai reikalauja didesnių įspaudų tarpų, patvaresnių įrankių konstrukcijų ir aukščiausios kokybės įrankių medžiagų, tokių kaip miltelių metalurgijos plienai arba kietieji lydiniai, kad išlaikytų ekstremalias jėgas ir abrazyvinį dilimą. Be to, galima modifikuoti skaldiklio geometriją, kad būtų sumažinta maksimali tonų jėga ir smūgis. Naudodami nukirptą arba nuožambinę skaldiklio sienelę, pjovimo veiksmas ištemptas šiek tiek ilgesniam laikotarpiui, kas ženkliai sumažina reikalingą jėgą ir silpnina smarkų „pertrūkio“ efektą, kuris gali pažeisti tiek įspaudą, tiek presą.

Progresyviniai įspaudai prieš vieno stovo įspaudus

• Progresyvinių įspaudų privalumai: Ypatingai didelis gamybos greitis, sumažintos darbo jėgos sąnaudos, didelis pakartojamumas ir keleto operacijų sujungimas į vieną įrankį.
• Progresyvinių įspaudų trūkumai: Labai didelės pradinės įrankių kainos, sudėtingas projektavimo ir gamybos procesas bei mažesnė lankstumas dideliems ar giliai formuotiems detalių tipams.
• Vieno stovo įspaudų privalumai: Mažesni įrankių gamybos kaštai, paprastesnis dizainas ir didesnis lankstumas mažo tiražo arba labai didelių detalių gamybai.
• Vienapozicinių formų trūkumai: Žymiai lėtesnė gamybos eiga, didesni darbo jėgos kaštai vienai daliai bei galimi nenuoseklumai dėl pakartotinio tvirtinimo ir padėjimo.

Dažniausiai užduodami klausimai

1. Koks yra formos konstravimo principas?

Nors nėra vieno vienintelio „taisyklės“, formų projektavimas grindžiamas nustatytais principais. Tarp jų – pjaunančių jėgų skaičiavimas remiantis medžiagos savybėmis, tinkamo kalto ir formos tarpelio nustatymas (paprastai 5–12 % medžiagos storio vienai pusei), formos rinkinio konstrukcinio standumo užtikrinimas ir loginė operacijų seka juostos išdėstyme. Pagrindinis tikslas – sukurti tokį įrankį, kuris būtų saugus, patikimas ir nuolat gamintų detales, atitinkančias kokybės reikalavimus.

2. Kas yra apkarpymo formos liejimas?

Liejimo formoje esantis apdailos įrankis atlieka panašią funkciją kaip ir lakštinio metalo štampavime, tačiau veikia kitokio tipo detale. Kai detalė yra pagaminta liejimo forma (į formas įpurškiant lydytą metalą), ant jos lieka perteklinė medžiaga, tokia kaip kanalai, pertekliai ir pleišteliai. Apdailos forma – tai įrankis, naudojamas antrinėje presavimo operacijoje, kad būtų nupjauta ši nereikalinga medžiaga, paliekant švarią, galutinę lietą detalę.

3. Koks yra plieninio laivo režimas iškirpimui?

Plieniniu laivu atliekamas iškirpimas – tai kitas procesas, paprastai naudojamas minkštesnėms medžiagoms, tokioms kaip popierius, kartonas, putplastis arba plonas plastikas. Jis apima aštrią, ploną plieninę geležtę („plieninis laivas“), kuri yra sulenkta į pageidaujamą formą ir įmontuota į plokščią pagrindą (dažnai iš faneros), įspaudžiamą į medžiagą. Tai ekonomiškas būdas iškirpti formas ne metalinėse arba labai plonose lakštinio metalo aplikacijose.

4. Kokios yra skirtingos iškirpimo rūšys?

Iškirpimas apima keletą metodų, pritaikytų skirtingiems medžiagoms ir gamybos apimtims. Plieniniams lakštams tai dažniausiai reiškia štampavimo operacijas, tokius kaip išpjovimas, iškirpimas ir apkarpymas, naudojant kietą įrankį (muštuvo ir formos rinkinius). Kiti būdai apima plokščiąją iškirpimo formą (storesnėms medžiagoms), rotacinį iškirpimą (etikečių ar tarpinių didelės apimties gamybai) ir skaitmeninius iškirpimo metodus, pvz., lazerinį ar vandens srove iškirpimą, kuriuose fizinė forma nenaudojama.