Краткое содержание

Конструирование прогрессивных штампов является стандартом при производстве автомобильных кронштейнов с объёмами более 50 000 деталей в год, обеспечивая баланс скорости, точности и стабильности. Для достижения целевого показателя использования материала выше 75 % инженеры должны оптимизировать расположение заготовок на ленте, используя точные расчёты толщины перемычек (обычно от 1,25t до 1,5t) и агрессивные стратегии размещения. К ключевым факторам проектирования относятся компенсация пружинения в сталях повышенной прочности с низким содержанием сплавов (HSLA) и расчёт усилия пресса на основе общей длины периметра резки с учётом сил снятия.

Для сложных автомобильных кронштейнов, требующих допусков менее ±0,05 мм, успех зависит от надежной фиксации направляющих пальцев и правильного выбора инструментальных сталей (например, карбид или D2) в зависимости от объема производства. В данном руководстве приведены технические формулы, правила компоновки и стратегии предотвращения дефектов, необходимые для разработки высокопроизводительных последовательных штампов.

Этап 1: Предварительное проектирование и выбор материала

Прежде чем приступить к созданию первой раскладки полосы, процесс проектирования должен начинаться с тщательного анализа свойств материала кронштейна. Для автомобильных кронштейнов часто используются высокопрочные низколегированные (HSLA) стали или алюминиевые сплавы (например, 6061 или 5052), позволяющие уменьшить вес при сохранении конструкционной прочности. Выбор материала определяет зазор штампа, радиусы изгиба и требования к покрытию.

Свойства материала и влияние на штамп
Прочность на растяжение и прочность на сдвиг исходного материала являются основными факторами, определяющими усилие и износ инструмента. Например, штамповка высокопрочной низколегированной стали (HSLA) требует значительно большего усилия и более точных зазоров по сравнению с низкоуглеродистой сталью. Напротив, алюминиевые сплавы, хотя и мягче, склонны к заеданию и требуют полированных рабочих элементов инструмента или специальных покрытий, таких как TiCN (нитрид титана-углерода).

Устранение пружинения на раннем этапе
Одним из самых распространённых дефектов при штамповке автомобильных кронштейнов является пружинение — склонность металла частично возвращаться к своей первоначальной форме после изгиба. Особенно остро эта проблема стоит для высокопрочных низколегированных сталей (HSLA). Для компенсации этого эффекта конструкторы должны предусматривать станции "дополнительного изгиба" или применять поворотные методы гибки вместо стандартной гибки с упором. Для кронштейнов под углом 90 градусов проектирование матрицы с дополнительным изгибом на 2–3 градуса — это распространённая практика, позволяющая достичь требуемой точности по чертежу.

Этап 2: Оптимизация размещения заготовок на ленте

Размещение заготовок на ленте представляет собой проектную основу многооперационного штампа. Оно определяет экономическую эффективность всего производственного процесса. Неудачно спроектированное размещение приводит к потере материала и нестабильности штампа, тогда как оптимизированная схема может ежегодно экономить тысячи долларов за счёт снижения отходов.

Толщина мостика и конструкция несущей части
«Мост» или «перемычка» — это материал, остающийся между деталями, чтобы удерживать их при протяжке через штамп. Минимизация этой ширины снижает количество отходов, но чрезмерное уменьшение может привести к короблению полосы. Стандартное инженерное правило для стальных кронштейнов — устанавливать ширину перемычки в диапазоне 1,25 × Толщина (t) и 1,5 × Толщина (t) . Для высокоскоростных применений или более тонких материалов эта величина может потребовать увеличения до 2t, чтобы избежать проблем с подачей.

Расчет коэффициента использования материала
Эффективность измеряется показателем использования материала (%). Целевое значение для автомобильных кронштейнов должно быть >75%. Формула для проверки стратегии размещения заготовок выглядит следующим образом:

Коэффициент использования % = (Площадь готовой заготовки) / (Шаг × Ширина полосы) × 100

Если результат ниже 65%, рассмотрите вариант размещения «в два прохода» или «в шахматном порядке», при котором две детали штампуются навстречу друг другу, разделяя общую линию перемычки. Этот метод особенно эффективен для кронштейнов Г-образной или П-образной формы.

Размещение направляющих пальцев
Точность зависит от правильного позиционирования полосы. Направляющие отверстия должны быть пробиты на самой первой позиции. Направляющие штифты на последующих позициях выравнивают полосу до того, как матрица полностью закроется. Для кронштейнов с жесткими допусками между отверстиями убедитесь, что направляющие штифты заходят в полосу как минимум на 6 мм до того, как формирующие пуансоны коснутся материала.

Этап 3: Последовательность позиций и усилие

Определение правильной последовательности операций — пробивка, направляющее отверстие, обрезка, формовка и отрезка — предотвращает выход пресс-формы из строя. Логичная последовательность обеспечивает стабильность полосы на протяжении всего процесса. В идеале пробивка выполняется на раннем этапе для создания направляющих отверстий, а значительные формовочные нагрузки распределяются равномерно для балансировки общего усилия.

Расчет требуемого усилия
Инженеры должны рассчитать общее усилие, необходимое для обеспечения достаточной мощности (и энергии) пресса, чтобы выполнить работу. Формула расчета усилия для вырубки и пробивки следующая:

Усилие (T) = Длина реза (L) × Толщина материала (t) × Предел прочности на сдвиг (S)

Согласно отраслевые стандарты расчета , вы также должны учитывать усилие снятия (обычно 10–20 % от усилия резки) и давление азотных пружин или подушек, используемых для удержания полосы. Если не учитывать эти вспомогательные нагрузки, это может привести к недостаточному выбору пресса и его остановке в нижней мертвой точке.

Центр нагружения
Важным, но часто упускаемым из виду расчетом является «центр нагружения». Если усилия резки и формовки сосредоточены на одной стороне штампа, это создает нецентральную нагрузку, которая вызывает перекос ползуна, приводя к преждевременному износу направляющих пресса и колонок штампа. Сбалансируйте компоновку, равномерно распределив станции с высоким усилием (например, резку крупных контуров) симметрично относительно осевой линии штампа.

Этап 4: Устранение распространенных дефектов кронштейнов

Даже при надежной конструкции во время пробного запуска могут возникать дефекты. Для отладки требуется системный подход к анализу первопричин.

• Заусенцы: Чрезмерные заусенцы обычно указывают на неправильный зазор или затупившийся инструмент. Если заусенцы появляются только с одной стороны отверстия, вероятно, пуансон установлен не по центру. Убедитесь, что зазор равномерен по всему периметру.
• Извлечение облоя: Это происходит, когда отход облой прилипает к торцевой поверхности пуансона и вытягивается из матричной вставки. Это может повредить заготовку или штамп при следующем ходе. Решения включают использование штампов «slug-hugger» с фиксирующими канавками или установку пружинного выталкивателя в центр пуансона.
• Несоосность (изгиб): Если полоса изгибается (смещается) при подаче, несущая часть может деформироваться. Это часто происходит, если освобождение полосы во время формовки ограничено. Убедитесь, что направляющие подъёмники позволяют материалу свободно перемещаться во время цикла подачи для снятия напряжений.

Этап 5: Факторы затрат и выбор поставщика

Переход от проектирования к производству включает коммерческие решения, влияющие на конечную стоимость детали. Сложность штампа — определяемая количеством позиций и необходимыми допусками — является самой большой капитальной статьей расходов. Для крепежных элементов с низким объемом выпуска (<20 000/год) одноэтапный или компаундный штамп может быть экономически выгоднее прогрессивного.

Однако для автомобильных программ с высоким объемом выпуска эффективность прогрессивного штампа оправдывает первоначальные инвестиции. При выборе производственного партнера убедитесь в его способности обеспечить требуемые параметры по усилию пресса и размеру стола для вашего штампа. Например, Комплексные решения для штамповки от Shaoyi Metal Technology позволяют успешно преодолеть разрыв между прототипированием и массовым производством, предлагая точность, сертифицированную по стандарту IATF 16949, для критически важных компонентов, таких как рычаги подвески и подрамники. Возможность обработки усилия пресса до 600 тонн гарантирует стабильное производство даже сложных кронштейнов из толстолистового материала.

Наконец, всегда требуйте подробного анализа конструкции на соответствие требованиям производства (DFM) перед началом обработки металла. Компетентный поставщик выполнит моделирование процесса формовки (с использованием программного обеспечения, например AutoForm), чтобы спрогнозировать риски утоньшения и разрывов, что позволит внести корректировки виртуально и сэкономить недели, затрачиваемые на физическую доработку.

Освоение эффективности прогрессивных штампов

Разработка прогрессивных штампов для автомобильных кронштейнов — это задача, связанная с соблюдением баланса между точностью, эффективностью использования материала и долговечностью инструмента. Применяя строго основы инженерии — от точных расчетов мостиков и формул усилия до стратегического выбора материала — инженеры могут создать оснастку, производящую миллионы деталей без дефектов. Ключевой момент — рассматривать компоновку ленты как основу; при оптимизированной компоновке штамп будет работать стабильно, количество дефектов будет сведено к минимуму, а прибыльность — максимизирована.

Часто задаваемые вопросы

1. Какова минимальная толщина мостика для прогрессивных штампов?

Стандартная минимальная толщина мостика (или ширина перемычки) обычно составляет 1,25–1,5 толщины материала (t) . Например, если материал кронштейна имеет толщину 2 мм, мост должен быть не менее 2,5–3 мм. Снижение ниже этого предела увеличивает риск продольного изгиба или разрыва заготовки во время подачи, особенно при высокоскоростных операциях.

2. Как рассчитать усилие для многооперационной штамповки?

Общее усилие рассчитывается путем суммирования силы, необходимой для всех операций (резка, гибка, формовка), плюс усилие съемников и прижимных плит. Базовая формула для расчета силы резки: Периметр × Толщина × Предел прочности при сдвиге . Большинство инженеров добавляют запас прочности в размере 20 % к общей рассчитанной нагрузке, чтобы учесть затупление инструмента и колебания пресса.

3. Как можно уменьшить количество отходов при проектировании многооперационного штампа?

Снижение количества отходов начинается с компоновки заготовки. Методы включают компановку деталей (взаимное блокирование форм для использования одной несущей перемычки), уменьшение ширины моста до безопасного минимума и применение компоновки «в два прохода» для кронштейнов Г-образной или треугольной формы. Улучшение использование материала превышение 75% является ключевой целью для экономически эффективной штамповки автомобилей.