Ključna načela projektovanja za izvodljivost kovanja

KRATKO

Dizajniranje delova pogodnih za kovanje zahteva strategijsko planiranje geometrije kako bi se olakšao proces kovanja metala. Ovo podrazumeva pažljivu kontrolu ključnih karakteristika kao što su linija razdvajanja, nagibni uglovi, radijusi uglova i debljina zidova, kako bi se osigurao glatki tok materijala, sprečile greške i omogućilo lako uklanjanje dela iz kalupa. Ispravan dizajn minimizira troškove, smanjuje naknadnu obradu i maksimalno povećava prirodnu čvrstoću kovanog dela.

Osnove dizajniranja pogodnog za kovanje (DFM)

Dizajn za izradu kovanjem (DFM) je specijalizovana inženjerska praksa koja se fokusira na optimizaciju dizajna delova za proces kovanja. Glavni cilj je stvaranje komponenti koje nisu samo funkcionalne, već i efikasne i ekonomične za proizvodnju. Uzimajući u obzir ograničenja i mogućnosti kovanja od samog početka, inženjeri mogu značajno smanjiti troškove proizvodnje, poboljšati kvalitet gotovog dela i smanjiti potrebu za obimnim sekundarnim operacijama poput obrade rezanjem. Kako detaljno objašnjavaju stručnjaci, kovanje poravnava tok zrna metala sa oblikom dela, čime se poboljšavaju mehanička svojstva kao što su otpornost na zamor i udarni tenacitet. Ovaj proces daje komponente sa izuzetnom čvrstoćom i trajnošću u poređenju sa livenjem ili obradom rezanjem .

Osnovni ciljevi DFM-a za kovanje uključuju:

• Smanjenje složenosti: Jednostavni, simetrični oblici lakše se kuju, zahtevaju manje složenu alatku i rezultiraju manjim brojem grešaka.
• Osiguravanje toka materijala: Дизајн мора омогућити да се метал глатко креће и потпуно испуни шупљину матрице, без стварања празнина или преклапања.
• Стандардизација компонената: Кад год је могуће, коришћење стандардних димензија и карактеристика може смањити трошкове алата и време производње.
• Смањивање отпада: Оптимизација почетне величине билинга и геометрије делова смањује отпад материјала, посебно „флаш” који се одсеца након ковања.

Занемаривање ових принципа може довести до значајних изазова. Лоши дизајнерски избори могу резултирати манама у производњи, повећаним хабањем алата, већим отпадом материјала и на крају слабијим, скупљим готовим производом. За компаније у захтевним секторима попут аутомобилске и аерокосмичке индустрије, сарадња са искусним произвођачем је од суштинског значаја. На пример, специјалисти за горуће ковање у аутомобилској индустрији, као што је Shaoyi Metal Technology , користе своје знање у изради матрица и производним процесима како би осигурали да су дизајни оптимизовани како за перформансе тако и за ефикасност, од прототипирања до масовне производње.

Основни геометријски аспект 1: Линија раздвајања и углови исцртавања

Међу најважнијим елементима у дизајну ковања су линија раздвајања и углови исцртавања. Ове карактеристике директно утичу на комплексност матрице, ток материјала и лакоћу изvlaчења готовог дела из алата. Добро планиран приступ овим аспектима је основа за успешну и ефикасну операцију ковања.

Линија раздвајања

Линија раздвајања је површина где се спајају две половине матрице за ковање. Њена локација је критична одлука у процесу пројектовања и треба да буде јасно означена на цртежу кованице. У идеалном случају, линија раздвајања би требало да лежи у једној равни и да буде позиционирана дуж највеће пројектоване површине дела. Ово помаже у осигуравању уравнотеженог тока материјала и минимизира силе потребне за ковање компоненте. Према сменицима од стране Engineers Edge , правилно постављена линија раздвајања такође помаже у контроли смера тока материјала и спречава подрезивање, што би учинило немогућим избацивање делова из калупа.

Uglovi nagiba

Угао нагиба су мали нагиби који се примењују на све вертикалне површине ковања које су паралелне кретању калупа. Њихова основна сврха је олакшавање лаког уклањања дела из калупа након што буде обликован. Без адекватног нагиба, део може замирити, што доводи до оштећења како самог дела тако и скупоценијег калупа. Потребан угао нагиба зависи од сложености дела и материјала који се кује, али типични углови нагиба за челична ковања крећу се од 3 до 7 степени . Недовољан нагиб може изазвати недостатке, повећати хабање калупа и успорити производни циклус.

Основни геометријски аспекат 2: Ребра, преграде и полупречници

Поред општег облика, пројектовање специфичних карактеристика попут ребара, зидова и полупречника углова и заобљења је од суштинског значаја за изводљивост производње. Ови елементи морају бити пројектовани тако да омогућавају глатак ток материјала и спречавају честе дефекте ковања, истовремено осигуравајући структурну целину коначног дела.

Ребра и зидови

Ребра су уски, издигnutи делови који се често користе да би додали чврстоћу и крутост делу, без додавања превелике тежине. Зидови су танки делови материјала који повезују ребра и друге карактеристике. Приликом пројектовања ових елемената, важно је контролисати њихове размере. Висока и уска ребра могу бити тешка за попуњавање материјалом, што доводи до дефекта. Опште правило је да висина ребра не би требало да премаши шест пута његову дебљину. Штавише, дебљина ребра би идеално требало да буде једнака или мања од дебљине зида како би се спречиле проблеми у процесу обраде.

Полупречници углова и заобљења

Једно од најважнијих правила у дизајну ковања је избегавање оштрих унутрашњих и спољашњих ивица. Оштре ивице отежавају ток метала, што доводи до дефекта као што су преклапања и хладна заварења где се материјал пресавија сам преко себе. Такође стварају концентрације напона у матрици и у готовом делу, што може смањити време трајања услед замора. Кључно је користити довољне полупречнике заобљења (унутрашњих) и ивица (спољашњих). Ови заобљени рубови помажу да метал глатко тече у свим деловима шупљине матрице, обезбеђују потпуно попуњавање и равномерније распоређивање напона. Ово не само да побољшава чврстоћу дела, већ такође продужује век трајања матрица за ковање смањујући хабање и ризик пуцања.

Управљање током материјала: дебљина пресека и симетрија

Основна физика ковања подразумева принудно течење чврстог метала као густе течности у жељени облик. Стога је управљање овим током материјала од пресудног значаја за израду дела без недостатака. Кључно за ово је одржавање константне дебљине пресека и искоришћавање симетрије где год је то могуће.

Нагле промене дебљине зида могу изазвати значајне проблеме. Метал ће увек пратити пут најмањег отпора, а нагла промена са дебелог на танак део може ограничити ток, спречавајући потпуно попуњавање танког дела. Ово такође може довести до топлотних градијената током хлађења, што резултира изобличењем или пуцањем. Идеалан дизајн кованице одржава једнолику дебљину зида на целој површини дела. Кад су промене неизбежне, треба их изводити постепено, са глатким, заоштреним преlазима. Ово осигурава равномерну расподелу притиска и униформно течење метала у свим деловима матрице.

Симетрија је још један моћан алат за пројектанта. Симетрични делови су по природи лакши за ковање јер омогућавају уравнотежени ток материјала и поједностављују дизајн матрица. Силе су равномерније распоређене, а део је мање склон деформацијама током ковања и накнадног хлађења. Увек када применa то дозвољава, пројектовање једноставних, симетричних облика скоро увек води робустнијем, економичнијем процесу производње и компоненти вишег квалитета.

Планирање накнадне обраде: додаци за машинску обраду и допуштене одступања

Иако ковање може произвести делове који су врло близу својим коначним облицима (скоро готови облик), често је потребна нека секундарна машинска обрада да би се постигла строжа допуштена одступања, специфични квалитети површине или карактеристике које се не могу изковати. Кључни део пројектовања са аспекта изводљивости је планирање ових корака накнадне обраде од самог почетка.

„Dodatak za obradu“ је додатни материјал који се намерно додаје кованим површинама које ће касније бити обрађене. Ово осигурава довољну количину материјала за уклањање како би се постигла тачна коначна димензија. Типичан додатак за обраду може износити око 0,06 инча (1,5 мм) по свакој површини, али се ова вредност може разликовати у зависности од величине и комплексности делова. Пројектант мора да обухвати најгори случај накупљања толеранција и углове исцртавања приликом одређивања овог додатка.

Толеранције у ковању су природно слабије него код прецизне обраде. Постављање реалистичних толеранција за делове након ковања од суштинског је значаја за контролу трошкова. Покушај да се задрже непотребно стриктне толеранције у ковању може драматично повећати трошкове алата и стопу одбацивања делова. Уместо тога, дизајн треба да разликује критичне површине које ће бити обрађене машински и некритичне површине које могу остати у стању након ковања. Јасним комуницирањем ових захтева на цртежу, пројектанти могу да направе део који је истовремено функционалан и економичан за производњу, чиме се надомешта разлика између сировог кованог дела и готовог компонента.

Često postavljana pitanja

1. Који су аспекти које треба узети у обзир при дизајнирању за ковање?

Основни аспекти у дизајнирању ковања обухватају одабир одговарајућег материјала, дефинисање геометрије делова ради олакшавања тока метала и навођење кључних карактеристика. То укључује положај линије раздвајања, довољне нагибне углове за испуштање дела, пространи полупречнике закривљености и ивица како би се избегле концентрације напона и одржана једнолика дебљина зида. Поред тога, пројектанти морају предвидети додатке за машинску обраду и реалне допустиве одступања за радње након ковања.

2. Како дизајнирате део за производњу?

Дизајнирање дела за производњу, или DFM, подразумева поједностављење конструкције ради смањења комплексности и трошкова. Кључни принципи укључују смањење укупног броја делова, коришћење стандардних компоненти кад год је то могуће, дизајнирање вишефункционалних делова и одабир материјала који су лаки за обраду. Конкретно код ковања, то значи дизајнирање за равномеран ток материјала, избегавање оштрих ивица и минимизирање потребе за споредним операцијама.

3. Šta karakteriše projektovanje za proizvodljivost?

Projektovanje za proizvodljivost (DFM) karakteriše proaktivni pristup kod koga se proces proizvodnje uzima u obzir već na ranoj fazi projektovanja. Osnovna načela uključuju optimizaciju konstrukcije radi olakšavanja izrade, ekonomičnosti i kvaliteta. To znači fokusiranje na elemente kao što su izbor materijala, mogućnosti procesa, standardizacija i smanjenje složenosti kako bi se osiguralo da se konačni proizvod može pouzdano i efikasno proizvesti.