Wytyczne projektowania form tłocznych dla metalu – Podręcznik Inżynierski

STRESZCZENIE

Wytyczne projektowania form do stampingów metalu to ograniczenia inżynierskie zapewniające możliwość produkcji części, korzystny koszt oraz stabilność wymiarową. Podstawowa „Złota Zasada” mówi, że minimalne rozmiary cech geometryznych są zwykle określone przez grubość materiału (MT); na przykład, minimalny średnica otworu wynosi zazwyczaj 1,2x MT dla metali plastycznych i 2x MT dla stali nierdzewnej. Zasady dotyczące krytycznych odstępów wymagają, aby otwory były rozmieszczone w odległości co najmniej 2x MT od dowolnej krawędzi, aby zapobiec wybrzuszeniu, podczas gdy minimalny promień gięcia powinien wynosić ogólnie 1x MT . Ostatecznie, skuteczne projektowanie form polega na znalezieniu równowagi między tymi ograniczeniami geometrycznymi części a mechaniką narzędzi – takimi jak rozkład sił i stabilność taśmy – w celu zagwarantowania powtarzalności w produkcji seryjnej.

Projektowanie pod kątem produkcji (DFM): Zasady geometrii części

Projektowanie tłoczonej części wymaga ścisłego przestrzegania ograniczeń matematycznych wynikających z właściwości materiału. Ignorowanie tych wytycznych często prowadzi do uszkodzenia narzędzi, nadmiernego powstawania zadziorów lub odkształceń części. Najlepsze rozwiązania traktują grubość materiału (MT) jako główną zmienną, na podstawie której obliczane są wszystkie inne wymiary.

Macierz ograniczeń inżynierskich

Użyj tej tabeli referencyjnej, aby zweryfikować geometrię swojej części przed finalizacją modelu CAD. Te współczynniki są powszechnie akceptowanymi standardami branżowymi zapewniającymi możliwość produkcji.

Otwory, wycięcia i odstępy

Wytrzymałość części tłoczonej zależy od zachowania odpowiedniej ilości materiału pomiędzy poszczególnymi elementami. Zgodnie z Standardami projektowania Xometry , umieszczanie otworów zbyt blisko krawędzi (mniej niż 2x MT) powoduje przepływ materiału na zewnątrz, tworząc "wybrzuszenie", które może wymagać kosztownego dodatkowego obrabiania do usunięcia. Podobnie, szczeliny wymagają szerokości co najmniej 1,5x MT; wszystko węższe znacznie zwiększa ryzyko pęknięcia stempla pod obciążeniem ściskającym.

Geometria gięcia i kierunek ziarna

Gięcie metalu to nie tylko składanie papieru; jest to proces rozciągania i ściskania określonych struktur ziarnistych. Keats Manufacturing podkreśla, że gięcia powinny być wykonywane idealnie prostopadle do kierunku ziarna materiału. Gięcie równoległe do ziarna często prowadzi do pęknięć, szczególnie w twardszych stopach, takich jak stal nierdzewna lub hartowany aluminium. Jeśli projekt wymaga małego promienia gięcia (zbliżającego się do 1x MT), ustawienie układu części na pasku tak, aby giąć "przez ziarno", jest kluczowe dla integralności konstrukcyjnej.

Inżynieria i budowa matryc: 10 praw wydajności

Podczas gdy DFM koncentruje się na elemencie, sam matryca musi być zaprojektowana pod kątem stabilności, łatwej konserwacji i długowieczności. Dobrze zaprojektowana matryca nie tylko produkuje elementy, ale również chroni prasę i minimalizuje przestoje.

Stabilność i zarządzanie siłami

Najbardziej solidne matryce opierają się na podstawowych prawach fizyki i mechaniki. Jedną z głównych zasad, często cytowanych w „10 Prawach Projektowania Matryc" z The Fabricator , jest minimalizacja unoszenia paska . Nadmierne podnoszenie paska między stacjami zwiększa wibracje i zużycie. Projektanci powinni stosować tnące wykrojniki rozmieszczone schodkowo oraz odpowiednio dobrane podnośniki, aby utrzymać pasek na poziomie i zapewnić stabilność. Co więcej, zrównoważenie sił działających pod tłokiem prasy jest obowiązkowe. Jeśli intensywne formowanie zachodzi po prawej stronie narzędzia, projekt musi zawierać siły równoważące (takie jak sprężyny lub stacje pomocnicze) po lewej stronie, aby zapobiec przechylaniu tłoka, co niszczy prowadnice i bushings.

Projektowanie z myślą o konserwacji

Matryca, której trudno dokonać przeglądu, jest źle zaprojektowana. Zasada poka-joke (zabezpieczenie przed błędami) powinno być stosowane bezpośrednio w montażu narzędzia. Części tnące i formujące należy zaprojektować tak, aby nie można ich było zamontować wstecznie ani do góry nogami. Jasne instrukcje serwisowe powinny być trwale wytrawione lub stemplowane bezpośrednio na komponentach narzędzia, eliminując konieczność polegania na "wiedzy zakładowej" podczas konserwacji.

Wdrażanie tych zaawansowanych strategii narzędziowych wymaga partnera produkcyjnego o głębokich możliwościach inżynieryjnych. W przypadku złożonych komponentów motoryzacyjnych lub przemysłowych współpraca ze specjalistą takim jak Shaoyi Metal Technology zapewnia spełnienie rygorystycznych standardów projektowych. Ich certyfikat IATF 16949 oraz możliwość pracy pras o pojemności 600 ton pozwalają pokonać lukę między szybkim prototypowaniem a produkcją seryjną, gwarantując, że nawet najbardziej skomplikowane projekty matryc będą niezawodnie działać przez miliony cykli.

Wybór materiału i standardy tolerancji

Oddziaływanie między materiałem matrycy a materiałem przedmiotu wyrobu określa żywotność narzędzia oraz dokładność części. Wybór odpowiedniej stali narzędziowej to przemyślana decyzja oparta na wielkości produkcji i twardości materiału przedmiotu.

Wybór stali narzędziowej

Do produkcji wielkoseryjnej, Dramco Tool zaleca stosowanie odpornych materiałów, takich jak stal narzędziowa D2 lub A2, które charakteryzują się doskonałą odpornością na zużycie. W skrajnych przypadkach, na przykład przy tłoczeniu ściernego stali nierdzewnej lub stopów o wysokiej wytrzymałości, mogą być konieczne wkładki węglikowe na krawędziach tnących. Mimo że węgliki są droższe i bardziej kruche, dobrze oprzykrzają się zużyciu ściernemu, które szybko tępi standardowe stali narzędziowe.

Zrozumienie tolerancji

Inżynierowie muszą ustalać realistyczne oczekiwania dotyczące cech tłoczonych. "Precyzja" w procesie tłoczenia jest względna i zależy od grubości materiału. Na przykład standardowa tolerancja średnic otworów może wynosić ±0,002 cala, jednak może się ona różnić w zależności od luzu matrycy. Powszechnym zjawiskiem jest występowanie zadzioru na krawędzi ciętej. Przyjęte w branży kryteria akceptacji zadziorków to zazwyczaj 10% grubości materiału . Jeśli projekt wymaga krawędzi pozbawionej zadziorków, należy określić operacje wtórne usuwania zadziorków lub specjalistyczne stanowiska "obcinania" w ramach matrycy progresywnej.

Typowe wady i sposoby ich rozwiązywania w zależności od projektu

Wiele wad powstających podczas tłoczenia można przewidzieć i zapobiec im już na etapie projektowania. Wczesne wykrycie potencjalnych trybów uszkodzeń pozwala zaoszczędzić znaczny czas i środki podczas uruchamiania produkcji.

Podsumowanie

Opanowanie projektowania wykrojników do tłoczenia metalu jest dziedziną wymagającą równoważenia ograniczeń. Wymaga głębokiej wiedzy na temat wpływu grubości materiału na geometryę, rozkładu sił na trwałość narzędzi oraz wpływu właściwości materiału na końcową dokładność. Przestrzegając tych wytycznych inżynieryjnych — szanując minimalne stosunki, projektując pod kątem konserwacji i przewidywania zachowania materiału — inżynierowie mogą tworzyć części, które nie tylko spełniają funkcje, ale są także od początku nadające się do produkcji i kosztowo efektywne w dużych skalach.