Методы удаления заусенцев при штамповке металла: инженерное руководство

Краткое содержание

Методы удаления отломок от штамповки металла имеют решающее значение для обеспечения безопасности деталей, пригодности сборки и эстетического качества. Для производства больших объемов Массовая отделка (вибрационное обрушение) остается отраслевым стандартом, предлагая последовательное разрыв и полировку краев. Сложные геометрии или деталей высокой точности часто требуют Метод термической энергии (TEM) или Электрохимическое удаление заусенцев (ECD) достичь внутренних областей без повреждения критических размеров.

В конечном счете, наиболее экономически эффективная стратегия включает профилактика у источника путем надлежащего обслуживания и оптимизации прозрачности. Инженеры должны выбирать методы, основанные на объеме производства, пластичности материала и требованиях к терпимости, чтобы сбалансировать стоимость за деталь с стандартами качества.

Понимание штамповых выпуклов: причины и характеристики

В металлоломке выпуклость - это не просто грубый край, а специфический дефект, вызванный пластическая деформация в процессе резки. Когда пуансон ударяет по металлу, материал подвергается сжимающим напряжениям до достижения точки разрушения. зазор матрицы —зазор между пуансоном и матрицей— является неправильным, материал не обрезается чисто, а рвется, оставляя выступающий «зуб» или гребень, известный как заусенец.

Размер и степень выраженности заусенца напрямую зависят от свойств материала и состояния инструмента. Пластичные материалы, такие как алюминиевые и медные сплавы, склонны к образованию значительных заусенцев с завальцовкой, поскольку они растягиваются перед разрушением. Напротив, более твердые материалы могут давать более чистые изломы, но при затупленном инструменте всё равно образуют острые, неровные кромки.

Правило 10% зазора

Согласно общепринятому мнению в отрасли, зазор матрицы является основной переменной при контроле заусенцев. Обычно рекомендуемый зазор составляет приблизительно 10% толщины материала рекомендуется для стандартной стали. Избыточный зазор приводит к тому, что материал заворачивается за край матрицы, образуя крупные заусенцы. Недостаточный зазор вынуждает пуансон проходить через больший объем материала, чем необходимо, увеличивая износ инструмента и вторичное срезание, что также приводит к значительному образованию заусенцев.

Методы массовой отделки (решения для высоких объемов)

Для подавляющего большинства штампованных деталей — кронштейнов, шайб и зажимов — ручная зачистка экономически нецелесообразна. Массовая отделка позволяет одновременно обрабатывать тысячи деталей, обеспечивая единообразие при крупносерийном производстве. Данная категория включает в себя, в основном, барабанную и вибрационную отделку.

Вибрационная отделка в чаше

Вибрационная отделка является основным методом для прецизионных штампованных деталей. Детали помещаются в чашу или ванну, установленную на эксцентриковых пружинах. Машина вибрирует с высокой частотой, заставляя детали двигаться по круговой, торовой траектории через слой абразивной среды. Постоянное трение между средой (керамической, пластиковой или стальной) и деталями удаляет острые кромки и полирует поверхности.

• Керамическая среда: Наилучший выбор для интенсивной резки и твердых металлов, таких как нержавеющая сталь. Обеспечивает высокую скорость удаления материала.
• Пластиковая среда: Более мягкая и легкая, идеальна для алюминия или мягких металлов, когда существует риск повреждения поверхности (вмятины).
• Соединения: Жидкие добавки часто добавляются для очистки деталей, предотвращения коррозии и улучшения смазывающих свойств среды.

Барабанная обработка

Более простой и агрессивный метод, барабанная обработка включает вращающийся барабан, который поднимает загрузку деталей и среды и сбрасывает их (каскадное падение). Этот высокий по энергии удар отлично подходит для удаления сильных заусенцев на прочных деталях, но несет риск повреждения хрупких элементов. Обычно она медленнее по сравнению с виброотделкой, но предлагает более низкую стоимость оборудования.

Для производителей автомобилей, требующих сертифицированной точности, интеграция этих этапов отделки непосредственно в цепочку поставок является критически важной. Комплексные решения для штамповки от Shaoyi Metal Technology замыкают разрыв между первоначальной обработкой и готовой сборкой, обеспечивая высокий объем компонентов, таких как рычаги подвески, соответствующих строгим стандартам IATF 16949, без необходимости использования сторонней логистики для отделки.

Точность и передовые методы удаления

Когда штампованные детали имеют сложную геометрию, внутреннюю резьбу или строгие допуски размеров, которые не могут выдерживать физическое воздействие обработки в барабане, инженеры прибегают к термическим и химическим решениям.

Метод термической энергии (TEM)

Также известный как «термическая зачистка», этот процесс очень эффективен для удаления заусенцев из внутренних полостей и пересекающихся отверстий. Детали герметизируются в камере под давлением, заполненной смесью горючего газа и кислорода. Смесь воспламеняется, создавая кратковременную тепловую волну, температура которой достигает 6 000 °F (3 300 °C) за миллисекунды.

Поскольку заусенцы обладают высоким отношением площади поверхности к массе, они мгновенно поглощают тепло и испаряются (окисляются). Основное тело детали, имеющее значительно большую тепловую массу, остаётся нетронутым. Этот метод гарантирует отсутствие скругления кромок на основных поверхностях, но требует последующей кислотной промывки для удаления оксидного слоя, образовавшегося при сгорании.

Электрохимическое удаление заусенцев (ECD)

ECD — это абляционный метод, использующий электролиз для растворения заусенцев. Деталь служит анодом (+), а специальный инструмент заданной формы — катодом (-). Электролитический раствор (часто нитрат натрия) протекает между зазором, который обычно поддерживается в пределах от 0,3 мм до 1 мм.

При подаче постоянного тока материал на вершине заусенца растворяется в растворе. Этот процесс является бесконтактным, что означает отсутствие износа инструмента и механических напряжений на детали. Это предпочтительный метод для высокостоимостных компонентов, таких как сопла топливных форсунок или гидравлические корпуса клапанов, где даже микроскопические заусенцы могут привести к катастрофическому отказу системы.

Механические и интегрированные в штамп решения

Наиболее эффективный способ обработки заусенцев — устранять их во время нахождения детали в прессе или сразу после этого, используя механические методы, адаптированные под геометрию детали.

Вырубка матрицей особенно примечательна высокой скоростью штамповки. Добавляя станцию «клеймения» в прогрессивную матрицу, заусенец можно прижать обратно в материал. Хотя это не удаляет материал полностью, край становится безопасным для обращения, а по времени цикл практически не увеличивается.

Стратегия предотвращения: оптимизация процесса штамповки

Хотя методы удаления необходимы, главной инженерной задачей всегда должно быть минимизирование. Как отмечают эксперты отрасли, «сначала предотвращение, потом обработка» — это наиболее экономически выгодный подход.

• Оптимизация зазора резки: Поддержание оптимального зазора (5–10% от толщины) предотвращает чрезмерную пластическую деформацию, вызывающую образование крупных заусенцев.
• Уход за инструментами: Тупое режущее лезвие разрывает металл вместо того, чтобы резать его. Регулярная заточка обходится намного дешевле, чем затраты на последующую зачистку заусенцев.
• Передовые покрытия: Нанесение покрытий нитрида титана (TiN) или нитрида алюминия и титана (AlTiN) на пуансоны снижает трение и износ, сохраняя остроту режущего края в течение значительно более длительных производственных циклов.
• Проектирование с учетом технологичности (DFM): Инженеры должны проектировать детали таким образом, чтобы сторона с заусенцем была направлена на нефункциональную поверхность, либо включать фаски в конструкцию, чтобы естественным образом уменьшить острые кромки.

Выбор правильной стратегии зачистки заусенцев

Выбор правильной техники удаления заусенцев при штамповке металла представляет собой баланс между точностью, объемом и стоимостью. Не существует единого «наилучшего» метода; скорее, для каждого конкретного применения существует оптимальный метод.

Для общего высокого объема фурнитуры, виброотделка предлагает наилучшую экономию масштаба. TEM или ECD обеспечивает необходимый доступ и точность. Однако для каждого проекта путь к детали без заусенцев начинается за конструкторским столом и на станции штамповки. Приоритетное внимание к состоянию инструмента и правильному зазору позволяет производителям резко снизить зависимость от дорогостоящих вторичных операций.

Часто задаваемые вопросы

1. Какой самый распространенный метод удаления заусенцев с штампованных деталей?

Массовая отделка, в частности, отделка в вибрационной чаше или барабанное окатывание, является самым распространенным методом. Она позволяет одновременно обрабатывать тысячи деталей, что делает ее высокоэффективной с точки зрения затрат для типичных высоких объемов штамповки металла.

2. Как влияет зазор матрицы на образование заусенцев?

Зазор матрицы — это расстояние между пуансоном и матрицей. Если зазор слишком мал, это увеличивает износ инструмента и требуемое усилие. Если зазор слишком велик, металл заворачивается вместо чистого среза, образуя крупные заусенцы. Зазор около 10% от толщины материала является стандартным для минимизации заусенцев.

3. Можно ли удалить заусенцы, не повлияв на размеры детали?

Да. Методы, такие как электрохимическое удаление заусенцев (ECD) и метод термической энергии (TEM), позволяют выборочно удалять заусенцы, не изменяя основные размеры детали. ECD воздействует на участки с высокой плотностью тока (острые края), тогда как TEM испаряет тонкие заусенцы до того, как основной материал успевает нагреться.