Galvenie projektēšanas principi karšanas ražošanai

TL;DR

Detaļas dizaina izstrāde kalšanas izgatavošanai prasa stratēģiski plānot tās ģeometriju, lai atvieglotu metāla kalšanas procesu. Tas ietver rūpīgu kontroli pār galvenajām īpašībām, piemēram, daliņu līniju, izkliedes leņķiem, stūru rādiusiem un sienas biezumu, lai nodrošinātu gludu materiāla plūsmu, novērstu defektus un nodrošinātu vieglu detaļas izņemšanu no veidņa. Pareizs dizains minimizē izmaksas, samazina pēcapstrādi un maksimizē sadalītās komponentes iebūvēto izturību.

Kalšanas izgatavošanai piemērota dizaina (DFM) pamati

Konstruēšana izkaļu ražošanai (DFM) ir specializēta inženierprakse, kuras mērķis ir optimizēt detaļas konstrukciju izkaļu procesam. Galvenais mērķis ir izveidot komponentus, kas nav tikai funkcionāli, bet arī efektīvi un izmaksu ziņā izdevīgi ražošanai. ņemot vērā izkali ierobežojumus un iespējas jau no sākuma, inženieri var ievērojami samazināt ražošanas izmaksas, uzlabot gala detaļas kvalitāti un minimizēt nepieciešamību pēcpārstrādes operācijām, piemēram, apstrādei ar griešanu. Kā norāda eksperti, izkale sakārto metāla graudu plūsmu atbilstoši detaļas formai, tādējādi uzlabojot mehāniskās īpašības, piemēram, izturību pret nogurumu un triecienizturību. Šis process rada komponentus ar labāku stiprību un izturību salīdzinājumā ar liešanu vai apstrādi ar griešanu .

Galvenie DFM mērķi izkalei ietver:

• Samazināt sarežģītību: Vienkāršas, simetriskas formas ir vieglāk izkalēt, prasa vienkāršāku veidni un rezultātā rada mazāk defektu.
• Nodrošināt materiāla plūsmu: Dizains ir jāizveido tā, lai metāls varētu viegli plūst un pilnībā aizpildītu formas dobumu, neveidojot tukšumus vai krokas.
• Komponentu standartizēšana: Izmantojot standarta izmērus un elementus, kur vien iespējams, var samazināt rīku izmaksas un ražošanas laiku.
• Atkritumu minimizēšana: Sākotnējās bluķa izmēra un detaļas ģeometrijas optimizēšana samazina materiāla atkritumus, jo īpaši "ķīlu", kas tiek noņemta pēc kausēšanas.

Šo principu ignorēšana var izraisīt ievērojamas problēmas. Nepareiza dizaina izvēle var izraisīt ražošanas defektus, palielinātu rīku nodilumu, lielākus materiāla zudumus un galu galā vājāku un dārgāku gala produktu. Uzņēmumiem no prasīgiem sektoriem, piemēram, automašīnu un aviācijas nozarē, ir būtiski svarīgi sadarboties ar kompetentu ražotāju. Piemēram, speciālisti automašīnu karstajā kausēšanā, piemēram, Shaoyi Metal Technology , izmanto savu ekspertīzi formu ražošanā un ražošanas procesos, lai nodrošinātu, ka dizains ir optimizēts gan veiktspējai, gan efektivitātei — sākot no prototipēšanas līdz masu ražošanai.

Galvenais ģeometriskais apsvērums 1: Daliņu līnija un izņemšanas leņķi

Svarīgākie elementi kalšanas dizainā ir daliņu līnija un izņemšanas leņķi. Šīs iezīmes tieši ietekmē veidņu sarežģītību, materiāla plūsmu un pabeigta izstrādājuma izņemšanas vieglumu no veidņu piederumiem. Labi pārdomāts pieeja šiem aspektiem ir būtiska veiksmīgai un efektīvai kalšanas operācijai.

Daliņu līnija

Daliņu līnija ir virsma, kurā saskaras kalšanas veidņu divas puses. Tās atrašanās vieta ir kritiski svarīgs lēmums dizaina procesā un to skaidri norāda uz jebkura kalšanas rasējuma. Ideālā gadījumā daliņu līnijai vajadzētu atrasties vienā plaknē un būt novietotai ap lielāko projicēto daļas laukumu. Tas palīdz nodrošināt līdzsvarotu materiāla plūsmu un minimizē spēkus, kas nepieciešami komponenta kalšanai. Saskaņā ar vadlīnijām no Engineers Edge , pareizi novietota šķirtne palīdz kontrolēt graudu plūsmas virzienu un novērš iegravējumus, kas padarītu neiespējamu detaļas izņemšanu no veidņa.

Izmešanas leņķi

Slīpuma leņķi ir nelielas slīpnes, kas piestiprinātas visām vertikālajām kausējuma virsmām, kas paralēlas veidņa kustībai. To galvenais mērķis ir facilitēt vieglu detaļas izņemšanu no veidņa pēc tās veidošanas. Bez pietiekama slīpuma detaļa var pielipt, izraisot bojājumus gan komponentam, gan dārgajai veidnei. Nepieciešamais slīpuma leņķis ir atkarīgs no detaļas sarežģītības un materiāla, ar kuru tiek kausēts, bet parasti slīpuma leņķi tērauda kausējumiem svārstās no 3 līdz 7 grādiem . Nepietiekams slīpums var izraisīt defektus, palielināt veidnes nodilumu un palēnināt ražošanas ciklu.

Otrais ģeometriskais apsvērums: Ribu, starpsienas un rādiusi

Papildus vispārējam veidolam, ražošanas iespējamību nosaka specifisku elementu, piemēram, ribu, starpsienām un stūru vai pāreju līkņu projektējums. Šie elementi jāprojektē tā, lai veicinātu gludu materiāla plūsmu un novērstu parastas kausēšanas kļūdas, vienlaikus nodrošinot gala sastāvdaļas strukturālo integritāti.

Ribu un starpsienu

Ribu sauc par šauriem, izvirzītiem elementiem, kurus bieži izmanto, lai detaļai pievienotu izturību un stingrumu, nepievienojot pārmērīgu svaru. Starpsienas ir tievās materiāla daļas, kas savieno ribas ar citiem elementiem. Projektējot šos elementus, ir ļoti svarīgi ievērot to proporcijas. Augstas, šauras ribas var būt grūti aizpildāmas ar materiālu, kas var izraisīt defektus. Vispārējais princips ir tāds, ka ribas augstums nevajadzētu pārsniegt sešas reizes tās biezumu. Turklāt ribas biezumam ideālā gadījumā vajadzētu būt vienādam ar starpsienas biezumu vai mazākam par to, lai novērstu apstrādes problēmas.

Stūru un pāreju līkņi

Viena no svarīgākajām noteikumu kausēšanas dizainā ir izvairīties no asiem iekšējiem un ārējiem stūriem. Asi stūri traucē metāla plūsmu, izraisot defektus, piemēram, pārklājumus un aukstas aiztaisīšanas vietas, kur materiāls salokās pāri sev. Tie arī rada sprieguma koncentrāciju gan veidnē, gan galīgajā detaļā, kas var samazināt izturību pret nogurumu. Ir būtiski izmantot pietiekami lielus iekšējos (fasona) un ārējos stūru rādiusus. Šie noapaļotie malu veidi palīdz metālam viegli aizpildīt visas veidņu dobuma daļas, nodrošina pilnu aizpildījumu un vienmērīgāku sprieguma sadalījumu. Tas ne tikai uzlabo detaļas izturību, bet arī pagarinās kausēšanas veidņu kalpošanas laiku, samazinot nodilumu un plaisāšanas risku.

Materiāla plūsmas vadība: Šķēluma biezums un simetrija

Kausēšanas pamatfizikā ietilpst cieta metāla piespiešana plūst kā biezs šķidrums vajadzīgā formā. Tāpēc materiāla plūsmas pārvaldība ir galvenais faktors, lai izveidotu defektiem brīvu detaļu. Šeit īpaši svarīgi ir uzturēt vienmērīgu sieniņu biezumu un visur, kur vien iespējams, izmantot simetriju.

Pēkšņas sieniņu biezuma izmaiņas var izraisīt nopietnas problēmas. Metāls vienmēr sekos mazākās pretestības ceļam, un pēkšņa pāreja no biezas uz resnu sadaļu var ierobežot plūsmu, novēršot to, ka resnā sadaļa pilnībā aizpildās. Tas arī var radīt termiskus gradientus atdzisot, kas noved pie izkropļojumiem vai plaisām. Ideālā kausējuma konstrukcija saglabā vienmērīgu sieniņu biezumu visā detaļā. Ja izmaiņas nav izvairāmas, tās jāveic pakāpeniski ar gludām, sašaurinātām pārejām. Tas nodrošina, ka spiediens tiek vienmērīgi sadalīts un metāls vienmērīgi aizpilda visas formas zonas.

Simetrija ir vēl viens spēcīgs rīks dizaineriem. Simetriskas detaļas pēc būtības ir vieglāk izkausēt, jo tās veicina līdzsvarotu materiāla plūsmu un vienkāršo kalnu konstrukciju. Spēki tiek sadalīti vienmērīgāk, un detaļa ir mazāk uzņēmīga deformācijai karsējot un turpmākajā atdzesē. Ikreiz, kad to atļauj pielietojums, vienkāršu, simetrisku formu projektēšana gandrīz vienmēr novedīs pie izturīgāka, rentablāka ražošanas procesa un augstākas kvalitātes gala komponenta.

Plānošana pēcapstrādei: apstrādes pieļaujamās novirzes un tolerances

Lai gan kausēšana var ražot detaļas, kas ļoti tuvas galīgajai formai (gandrīz neto formai), bieži ir nepieciešama sekundāra apstrāde, lai sasniegtu stingras tolerances, noteiktus virsmas apdarinājumus vai iezīmes, kuras nevar izkausēt. Svarīga daļa ražošanas ērtības projektēšanā ir šo pēcapstrādes soļu plānošana jau no paša sākuma.

'Apmeklējuma pieļaujamais izmērs' ir papildu materiāls, kas apzināti pievienots forģējumam virsmām, kuras vēlāk tiks apstrādātas ar mašīnām. Tas nodrošina pietiekamu materiāla daudzumu, kas jānoņem, lai sasniegtu galīgos, precīzos izmērus. Tipisks apstrādes pieļaujamais izmērs var būt aptuveni 0,06 collas (1,5 mm) katrai virsmai, taču tas var atšķirties atkarībā no detaļas izmēra un sarežģītības. Projektētājam, norādot šo pieļaujamo izmēru, jāņem vērā viskritiskākie toleranču uzkrāšanās gadījumi un slīpuma leņķi.

Kalšanas tolerances dabīgi ir plašākas salīdzinājumā ar precīzu apstrādi. Reālistisku toleranču noteikšana kaltajam izstrādājumam ir būtiska, lai kontrolētu izmaksas. Mēģinājumi ieturēt nevajadzīgi ciešas kalšanas tolerances var dramatiski palielināt rīku izmaksas un atteikumu līmeni. Tā vietā dizains ir jāizstrādā tā, lai atšķirtu kritiskās virsmas, kuras tiks apstrādātas ar mašīnām, no nekritiskajām virsmām, kuras var palikt tādas, kādas tās ir pēc kalšanas. Skaidri komunicējot šos nosacījumus zīmējumā, konstruktors var izveidot izstrādājumu, kas gan ir funkcionāls, gan ekonomisks ražošanai, veidojot tiltu starp sākotnējo kaltu izstrādājumu un pabeigto sastāvdaļu.

Bieži uzdotie jautājumi

1. Kādi ir kalšanas projektēšanas apsvērumi?

Svarīgākie apsvērumi kalšanas projektēšanā ietver pareizas materiālu izvēli, detaļas ģeometrijas noteikšanu, lai veicinātu metāla plūsmu, un galveno elementu specifikāciju. Tie ietver šķirtņu līnijas atrašanās vietu, pietiekamus izdemblēšanas leņķus detaļas izņemšanai, pietiekami lielus zaķus un stūru rādiusus, lai izvairītos no sprieguma koncentrācijas, kā arī vienmērīgu sienu biezumu. Turklāt projektētājiem jāplāno mašinālās apstrādes pieļaujamās novirzes un reālistiskas pieļaujamās novirzes pēc kalsanas operācijām.

2. Kā projektēt detaļu ražošanai?

Detaļas projektēšana ražošanai jeb DFM ietver dizaina vienkāršošanu, lai samazinātu sarežģītību un izmaksas. Galvenie principi ietver kopējo detaļu skaita samazināšanu, standarta komponentu izmantošanu, ja iespējams, daudzfunkcionālu detaļu projektēšanu un materiālu izvēli, kurus ir viegli apstrādāt. Konkrēti kalšanai tas nozīmē projektēt vienmērīgai materiāla plūsmai, izvairīties no asiem stūriem un minimizēt sekundāro operāciju nepieciešamību.

3. Kas raksturo izgatavošanai paredzētu dizainu?

Izgatavošanai paredzēts dizains (DFM) ir raksturojams ar proaktīvu pieeju, kurā ražošanas process tiek ņemts vērā jau dizaina fāzes sākumā. Tā pamatprincipi ietver dizaina optimizāciju, lai atvieglotu izgatavošanu, samazinātu izmaksas un nodrošinātu kvalitāti. Tas nozīmē koncentrēšanos uz tādiem aspektiem kā materiālu izvēle, procesa iespējas, standartizācija un sarežģītības minimizēšana, lai galaproduktu būtu iespējams ražot uzticami un efektīvi.