Руководящие принципы проектирования штампов для штамповки металла: Инженерное пособие

Краткое содержание

Руководящие принципы проектирования штампов для металлической штамповки — это инженерные ограничения, обеспечивающие возможность изготовления деталей, их рентабельность и размерную стабильность. Основное «золотое правило» заключается в том, что минимальные размеры элементов, как правило, определяются толщиной материала (MT); например, минимальный диаметр отверстия обычно составляет 1,2x MT для пластичных металлов и 2x MT для нержавеющей стали. Важные правила расстановки требуют, чтобы отверстия размещались на расстоянии не менее 2x MT от любого края, чтобы предотвратить выпучивание, в то время как минимальный радиус изгиба должен, как правило, составлять 1x MT . В конечном счете, успешное проектирование штампов заключается в балансировке этих ограничений геометрии детали с механикой инструмента — такой как распределение усилий и устойчивость полосы — для обеспечения воспроизводимости при серийном производстве.

Конструирование с учетом технологичности (DFM): Правила геометрии детали

Проектирование штампованной детали требует строгого соблюдения математических ограничений, основанных на свойствах материала. Игнорирование этих рекомендаций зачастую приводит к поломке инструмента, чрезмерному образованию заусенцев или деформации деталей. Наиболее эффективные конструкции рассматривают толщину материала (MT) как основную переменную, от которой рассчитываются все остальные размеры.

Матрица инженерных ограничений

Используйте эту справочную таблицу для проверки геометрии вашей детали перед финализацией модели CAD. Эти соотношения являются общепринятыми отраслевыми стандартами, обеспечивающими технологичность изготовления.

Отверстия, пазы и расстояния

Прочность штампованной детали зависит от сохранения достаточного количества материала между элементами. Согласно Стандартам проектирования Xometry , размещение отверстий слишком близко к краю (менее чем 2x MT) вызывает отток материала наружу, создавая "выпуклость", удаление которой может потребовать дорогостоящей дополнительной механической обработки. Аналогично, для пазов требуется ширина не менее 1,5x MT; любое уменьшение ширины резко увеличивает риск поломки пуансона под действием сжимающей нагрузки.

Геометрия изгиба и направление волокон

Изгибание металла — это не просто складывание бумаги; это процесс растяжения и сжатия определённых структур волокон. Keats Manufacturing подчеркивает, что изгибы следует, по возможности, выполнять перпендикулярно направлению волокон материала. Изгибание параллельно волокнам зачастую приводит к образованию трещин, особенно в более твёрдых сплавах, таких как нержавеющая сталь или закалённый алюминий. Если в вашей конструкции требуется малый радиус изгиба (близкий к 1x MT), правильная ориентация детали на полосе материала для изгиба «поперёк волокон» имеет критическое значение для обеспечения прочности.

Конструирование и изготовление штампов: 10 законов производительности

В то время как DFM сосредоточен на детали, сам штамп должен быть спроектирован с учётом устойчивости, обслуживания и долговечности. Хорошо спроектированный штамп не просто производит детали; он защищает пресс и сводит к минимуму простои.

Устойчивость и управление усилиями

Самые надёжные штампы следуют фундаментальным законам физики и механики. Один из основных принципов, часто упоминаемых в «10 законах проектирования штампов» от The Fabricator , заключается в том, чтобы минимизировать подъём ленты . Чрезмерный подъём ленты между станциями увеличивает вибрацию и износ. Конструкторы должны использовать ступенчатое расположение вырубных пуансонов и применять подъёмники соответствующего размера, чтобы сохранять ленту горизонтальной и устойчивой. Кроме того, уравновешивание усилий под ползуном пресса является обязательным условием. Если интенсивная формовка происходит с правой стороны инструмента, конструкция должна включать уравновешивающие усилия (например, пружины или фиктивные станции) слева, чтобы предотвратить перекос ползуна, который разрушает направляющие пальцы и втулки.

Конструирование с приоритетом обслуживания

Штамп, который трудно обслуживать, — это плохо спроектированный штамп. Принцип poka-yoke (защита от ошибок) должна применяться непосредственно к сборке инструмента. Конструкция режущих и формовочных секций должна исключать их установку задом наперёд или вверх ногами. Чёткие инструкции по обслуживанию должны быть выбиты или выгравированы непосредственно на компонентах инструмента, что устраняет необходимость в «кустарных знаниях» во время технического обслуживания.

Реализация этих сложных стратегий оснастки требует партнёра по производству с глубокими инженерными возможностями. Для изготовления сложных автомобильных или промышленных компонентов сотрудничество со специалистом, таким как Shaoyi Metal Technology гарантирует соблюдение этих строгих стандартов проектирования. Их сертификация IATF 16949 и возможность выполнения операций на прессах мощностью до 600 тонн позволяют преодолеть разрыв между быстрым прототипированием и массовым производством, обеспечивая надёжную работу даже самых сложных конструкций штампов в течение миллионов циклов.

Выбор материала и стандарты допусков

Взаимодействие между материалом матрицы и материалом заготовки определяет срок службы инструмента и точность детали. Выбор подходящей инструментальной стали — это взвешенное решение, основанное на объёме производства и твёрдости заготовки.

Выбор инструментальной стали

Для производства больших объёмов, Dramco Tool рекомендует использовать прочные материалы, такие как инструментальная сталь D2 или A2, которые обладают отличной износостойкостью. В экстремальных случаях, например при штамповке абразивной нержавеющей стали или высокопрочных сплавов, для режущих кромок могут потребоваться карбидные вставки. Хотя карбид более дорогой и хрупкий, он устойчив к абразивному износу, который быстро затупляет стандартные инструментальные стали.

Понимание допусков

Инженеры должны устанавливать реальные ожидания для штампованных элементов. «Точность» в штамповке относительна к толщине материала. Например, стандартный допуск на диаметр отверстий может составлять ±0,002 дюйма, но это может варьироваться в зависимости от зазора штампа. Общепринятым ожиданием является наличие заусенца на обрезанном крае. Критерий приемки заусенцев по стандарту отрасли обычно 10% толщины материала если вашему дизайну требуется край без заусенцев, вы должны указать вторичные операции удаления заусенцев или специализированные станции «зачистки» в составе прогрессивного штампа.

Распространённые дефекты и устранение неполадок по типу конструкции

Многие дефекты штамповки можно предсказать и предотвратить на этапе проектирования. Решение потенциальных видов отказа на ранней стадии позволяет сэкономить значительное время и средства при вводе в эксплуатацию производства.

Заключение

Освоение проектирования штампов для металлоштамповки — это дисциплина сбалансирования ограничений. Требуется глубокое понимание того, как толщина материала определяет геометрию, как распределение усилий влияет на срок службы инструмента и как свойства материала влияют на конечную точность. Соблюдая эти инженерные рекомендации — соблюдая минимальные соотношения, обеспечивая удобство обслуживания и прогнозируя поведение материала — инженеры могут создавать детали, которые не только функциональны, но и изначально технологичны и экономически выгодны при массовом производстве.