Rekabentuk untuk Pembuatan Penempaan Logam: Buku Panduan Kejuruteraan

RINGKASAN

Rekabentuk untuk Kebolehpasaran (DFM) bagi pemeteraan logam adalah amalan kejuruteraan strategik yang mengoptimumkan geometri komponen supaya selari dengan fizik jentera penekan dan keupayaan acuan. Dengan mereka bentuk komponen yang menghormati batasan bahan—bukan menentangnya—jurutera boleh mengurangkan kos peralatan sehingga 50%, mempercepatkan masa pengeluaran, dan menghapuskan kecacatan biasa seperti retak atau springback.

Inti pati DFM pemeteraan bergantung kepada pematuhan terhadap "Peraturan Emas" geometri yang telah terbukti. Nisbah utama termasuk memastikan diameter lubang sekurang-kurangnya sama dengan ketebalan bahan (1T) , mengekalkan jejari lenturan minimum sebanyak 1T untuk mencegah kejadian retak, dan mengekalkan jarak ciri-ciri daripada zon lentur sebanyak faktor 1.5T + Jejari . Mengadopsi kekangan ini pada peringkat awal fasa CAD adalah cara paling berkesan untuk memastikan kelayakan pengeluaran.

Kes Perniagaan Kejuruteraan: Mengapa DFM Penting dalam Pemeteraan

Dalam pencetakan logam, kos bahagian sebahagian besarnya ditentukan sebelum lembaran logam pertama pernah dipesan. Kira-kira 70% daripada kos pengeluaran akhir produk dikunci semasa fasa reka bentuk. Kejuruteraan "di atas dinding"di mana reka bentuk dilemparkan kepada pengeluar tanpa perundingan terlebih dahulusering menghasilkan keperluan alat yang kompleks yang mendorong kos secara eksponensial. Bahagian yang direka tanpa DFM mungkin memerlukan die progresif yang kompleks dengan 20 stesen dan tindakan slaid yang mahal, sedangkan versi yang dioptimumkan DFM boleh dihasilkan dengan alat 12 stesen yang lebih mudah.

DFM Kolaboratif berfungsi sebagai jambatan antara geometri unggul dan realiti keras pembentukan keluli sejuk. Ia mengalihkan fokus daripada "bolehkah ini dihasilkan?" kepada "bolehkah ini dihasilkan secara cekap?" Dengan melibatkan rakan kongsi pengeluaran pada peringkat awal, jurutera boleh mengenal pasti pemandu kos seperti had kepersisan yang ketat yang memerlukan penggilapan tepat atau ciri-ciri yang memerlukan operasi penanggulangan sisi kedua. Sebagai contoh, melonggarkan had lubang yang tidak kritikal daripada ±0.002" kepada ±0.005" boleh memperpanjang jangka hayat alat dengan ketara dan mengurangkan harga seunit.

Ini sangat penting apabila meningkatkan skala daripada prototaip kepada pengeluaran. Reka bentuk yang sesuai untuk pemotongan laser (isipadu rendah) sering gagal dalam akuan stamping (isipadu tinggi) disebabkan oleh faktor tekanan yang berbeza. Rakan kongsi seperti Shaoyi Metal Technology mempunyai kepakaran dalam menutup jurang ini, menyediakan sokongan kejuruteraan yang memastikan rekabentuk yang disahkan dalam fasa prototaip cukup kukuh untuk digunakan pada talian penempaan berkelajuan tinggi dan berjumlah besar. Memanfaatkan kepakaran sedemikian pada peringkat awal dapat mencegah kitaran semula rekaan perkakas yang mahal, yang sering menjadi masalah dalam pelancaran produk.

Pemilihan Bahan & Strategi Arah Butir

Pemilihan bahan dalam penempaan melibatkan kompromi antara fungsi, kemudahan pembentukan, dan kos. Walaupun fungsi menentukan aloi asas (contohnya, Keluli Tahan Karat 304 untuk rintangan kakisan atau Aluminium 5052 untuk pengurangan berat), spesifik perangai dan arah bijirin menentukan kebolehdiperolehinya. Bahan yang lebih keras memberikan kekuatan hasil yang lebih tinggi tetapi lebih cenderung retak semasa operasi pembentukan kompleks.

Peranan Penting Arah Butir

Logam keping dihasilkan melalui proses penggelekkan, yang memanjangkan struktur butir logam mengikut arah penggelekkan. Anisotropi ini bermaksud bahan tersebut berkelakuan berbeza bergantung kepada cara ia dibentuk relatif terhadap arah butir:

• Tekukan Berserenjang (Merentasi) Arah Butir: Orientasi paling kuat. Bahan boleh menahan jejari yang lebih ketat tanpa retak kerana struktur butir dilipat dan bukannya ditarik terpisah.
• Tekukan Selari (Dengan) Butiran: Orientasi paling lemah. Butiran mudah terpisah, menyebabkan retakan pada jejari luar, terutamanya pada aloi yang lebih keras seperti aluminium 6061-T6 atau keluli berkadar karbon tinggi.

Jurutera mesti menentukan arah butiran pada lakaran jika tekukan ketat diperlukan. Jika geometri bahagian memerlukan tekukan dalam pelbagai arah, orientasi 45 darjah berbanding arah butiran biasanya digunakan sebagai kompromi untuk menyeimbangkan kekuatan dan kemudahan pembentukan merentasi semua ciri.

Garispanduan Geometri Kritikal: Lubang, Alur, dan Web

Fizik antara muka penembuk dan acuan menetapkan had matematik yang ketat bagi ciri-ciri potongan. Pelanggaran nisbah ini menghasilkan bahagian acuan yang lemah dan cepat pecah, menyebabkan masa henti dan kos penyelenggaraan. Jadual di bawah merumuskan "Peraturan Am" yang diterima umum bagi operasi peninjuan piawai.

Kedekatan Lubang kepada Lenturan: Salah satu kesilapan paling biasa ialah meletakkan lubang terlalu hampir dengan lenturan. Apabila logam meregang di sekitar jejari, sebarang ciri dalam "zona ubah bentuk" akan menjadi herot. Jika reka bentuk memerlukan lubang berdekatan lenturan, peninju mesti mengejadinya selepas selepas melentur (menambah stesen/kos) atau menggunakan potongan pelepas khas. Formula piawai untuk memastikan lubang kekal bulat ialah meletakkan tepinya sekurang-kurangnya 1.5 kali ketebalan bahan ditambah jejari lenturan jauh dari tangen lenturan.

Peraturan Melentur dan Pembentukan: Jejari, Flens, dan Pelepasan

Melentur bukan sahaja melipat; ia adalah perubahan bentuk plastik yang terkawal. Untuk mencapai lenturan yang konsisten tanpa kegagalan, tiga parameter mesti dikawal: Jejari Lenturan Minimum, Panjang Flens, dan Pelepasan Lenturan.

Jari Lentur Minimum

Sudut dalaman yang tajam adalah musuh komponen stamping. Jejari sifar (sudut tajam) akan mencipta titik kepekatan tekanan yang pasti membawa kepada retakan. Bagi kebanyakan logam mulur seperti keluli berguling sejuk (CRS) atau aluminium lembut, Jejari Lenturan Dalam Minimum hendaklah ≥ 1T . Bahan yang lebih keras, seperti keluli tahan karat, sering kali memerlukan ≥ 2T atau lebih besar. Reka bentuk dengan jejari yang besar dapat memperpanjang jangka hayat alat dan mengurangkan risiko kegagalan komponen.

Panjang Flens Minimum

Untuk membengkokkan flens dengan tepat, bahan tersebut mesti kekal bersentuhan dengan acuan sepanjang proses pembentukan. Jika flens terlalu pendek, ia akan tergelincir masuk ke bukaan acuan-V sebelum lengkungan selesai, mengakibatkan tepi yang cacat dan tidak selari. Peraturan piawai ialah Panjang Flens mestilah sekurang-kurangnya 3 hingga 4 kali ketebalan bahan . Jika flens yang lebih pendek diperlukan, pengeluar stamping mungkin perlu membentuk flens yang lebih panjang dan memotongnya dalam operasi berikutnya, yang menambahkan kos komponen.

Legaan Lentur

Apabila lenturan tidak merangkumi keseluruhan lebar bahagian, bahan di hujung garisan lenturan akan koyak kecuali jika "Legukan Lenturan" ditambah. Legukan ini adalah alur kecil berbentuk segi empat atau separuh bulatan yang dipotong pada tapak kaki. Alur ini mengasingkan bahan yang dibengkokkan daripada bahan yang tidak dibengkokkan, mengelakkan koyakan dan ubah bentuk. Kedalaman legukan biasanya harus melebihi jejari lenturan + ketebalan bahan.

Toleransi terhadap Realiti berbanding Kos

Ketegasan toleransi adalah faktor utama yang paling besar mempengaruhi kos acuan stamping. Walaupun stamping presisi moden boleh mencapai toleransi setepat ±0.001 inci, menetapkan nilai ini ke seluruh bahagian adalah tidak perlu dan mahal. Toleransi yang lebih ketat memerlukan komponen acuan yang lebih tepat (dipotong dengan EDM wayar), penyelenggaraan yang lebih kerap (pengasahan), dan kelajuan mesin tekan yang lebih perlahan.

• Toleransi Blok: Untuk ciri-ciri bukan kritikal (contohnya, lubang longgar, saluran udara), gunakan toleransi blok piawai (biasanya ±0.005" hingga ±0.010").
• Pengukuran Antara Ciri: Dimensikan ciri kritikal antara satu sama lain berbanding dari tepi bahagian. Tepi ini kerap dihasilkan melalui operasi pemangkasan yang secara semula jadi mempunyai lebih banyak kebolehubahan berbanding lubang tertusuk. Pemberian dimensi dari lubang ke lubang mengekalkan rantaian toleransi yang lebih ketat pada bahagian yang penting.
• Hanya Ciri Kritikal: Gunakan GD&T (Geometric Dimensioning and Tolerancing) hanya apabila benar-benar diperlukan untuk pemasangan. Jika had sudut flens diketatkan daripada ±1° kepada ±0.5°, pencetak mungkin perlu menambah stesen re-strike pada acuan untuk mengawal springback, yang meningkatkan pelaburan perkakasan.

Kecacatan Lazim & Pencegahan (Senarai Semak DFM)

Jurutera boleh meramal dan merekabentuk keluar mod kegagalan lazim dengan menjalankan senarai semak DFM pantas sebelum menyempurnakan model CAD.

• Berburit: Semua tepi yang dicetak mempunyai terap pada bahagian "break". Pastikan lakaran anda menentukan "Arah Terap" supaya tepi tajam tidak berada pada permukaan yang disentuh pengguna. Ketinggian terap yang dibenarkan piawai adalah 10% daripada ketebalan bahan.
• Anjakan semula: Pemulihan elastik selepas lenturan menyebabkan sudut terbuka. Walaupun peninju memampatkan ini dalam alat, penggunaan gred bahan yang konsisten (contohnya keluli aloi rendah kekuatan tinggi tertentu) membantu mengekalkan kestabilan. Elakkan menukar pembekal bahan di tengah-tengah pengeluaran untuk mengelakkan variasi.
• Oil Canning: Kawasan logam nipis yang rata dan tidak disokong cenderung melengkung atau 'pop' seperti tin minyak. Penambahan rusuk, timbul, atau anak tangga dapat mengukuhkan bahagian tanpa menambah berat, mengelakkan kecacatan ini.

Kejuruteraan untuk Kecekapan

Menguasai Reka Bentuk untuk Kebolehsahtaan dalam peninjuan logam bukan tentang mengorbankan tujuan reka bentuk; ia tentang memperhaluskannya mengikut realiti. Dengan menghormati fizik proses peninjuan—mematuhi nisbah minimum, memilih strategi bijih bahan yang sesuai, dan menggunakan had toleransi dengan bijak—jurutera boleh mengurangkan kos dan memastikan kestabilan pengeluaran jangka panjang. Sebuah komponen yang dioptimumkan untuk mesin tekan adalah komponen yang dioptimumkan untuk keuntungan, kualiti, dan kelajuan.

Soalan Lazim

1. Apakah saiz lubang minimum untuk penempaan logam?

Sebagai peraturan am, diameter lubang yang ditinju tidak sepatutnya kurang daripada ketebalan bahan (1T). Untuk bahan berkekuatan tinggi seperti keluli tahan karat, nisbah 1.5T atau 2T biasanya disyorkan untuk mengelakkan kerosakan pada peninju. Jika lubang yang lebih kecil diperlukan, ia mungkin perlu dilakukan melalui pengeboran atau pemesinan sebagai operasi kedua.

2. Bagaimanakah arah butir logam mempengaruhi proses lenturan?

Arah butir logam terbentuk semasa proses penggulungan kepingan logam. Lenturan bersudut tepat (merentasi) arah butir adalah lebih kuat dan membolehkan jejari yang lebih kecil tanpa retak. Lenturan selari dengan arah butir adalah lebih lemah dan lebih mudah retak pada bahagian luar jejari. Lenturan struktur penting sentiasa harus diarahkan merentasi arah butir.

3. Apakah perbezaan antara blanking dan piercing?

Pemblangkuan adalah operasi memotong bentuk luar keseluruhan bahagian daripada kepingan logam; bahagian yang dikeluarkan adalah bahagian yang berguna. Penusukan (atau penamparan) adalah operasi memotong lubang atau bentuk dalaman; bahagian yang dikeluarkan adalah sisa (slug). Kedua-duanya merupakan operasi pemotongan tetapi memenuhi tujuan yang berbeza dalam urutan stesen acuan.