Nyckelprinciper för trimnings- och genomstansningsverktygsdesign

TL;DR

Design av beskärnings- och genomstickningsverktyg är en specialiserad ingenjörsdisciplin som fokuserar på att skapa robusta pressverktyg för exakt skärning och stansning av plåt. Framgång beror på noggranna beräkningar av skärkrafter, strategisk materialval för verktygen samt avancerade designmetoder. Huvudmålen är att effektivt hantera materialspänning, säkerställa rena snitt med minimala burrar samt maximera livslängd och precision för hela verktygssatsen.

Grundläggande principer för beskärning och genomstickning

Inom plåtbearbetning är trimning och genomslag grundläggande skärningsoperationer som definierar en dels slutgiltiga geometri. Även om de ofta grupperas tillsammans med liknande processer har de olika funktioner. Trimning är en process där överskottsmaterial tas bort från ytterkanten av en stansad del för att uppnå dess slutgiltiga kontur. Genomslag innebär däremot att skapa inre detaljer som hål eller slitsar genom att utstansa material inom delens omkrets. Båda operationerna bygger på en skjuvverkan, där extrem belastning koncentreras längs skärkantarna på ett verktyg och motsvarande formskål, vilket får materialet att renbrista.

Kvaliteten på en mekaniskt skuren kant karakteriseras av fyra zoner: överliggande kant, blankytan, brottytan och maskinen. Som beskrivs i vägledningar från AHSS Guidelines , den idealiska kanten för höghållfasta stål har en tydlig blankzons och en jämn brottyta, vilket är avgörande för att förhindra sprickbildning i efterföljande omformningsoperationer. Att förstå dessa grunder är det första steget mot att designa ett verktyg som producerar konsekventa, högkvalitativa komponenter.

För att förtydliga deras roller kan det vara bra att jämföra dessa operationer med andra vanliga skärprocesser. Blanking liknar perforering, men det material som utstansas (stansen) är den önskade delen, medan vid perforering är stansen skräp. Skärning är en mer generell term för att skära plåt i en rät linje mellan två blad. Varje process väljs beroende på önskat resultat och dess plats inom tillverkningssekvensen.

Grundläggande principer för verktygsdesign och nyckelberäkningar

Effektiv verktygsdesign är en datadriven process baserad på ingenjörsprinciper. Innan någon modellering påbörjas måste konstruktörer utföra viktiga beräkningar för att säkerställa att verktyget kan klara driftskrafterna och fungera tillförlitligt i den valda pressen. Den mest grundläggande beräkningen gäller skärkraften, vilken avgör den tonnage som krävs från pressen. Formeln uttrycks vanligtvis som: Skärkraft (F) = L × t × S , där 'L' är den totala längden av skärkanten, 't' är materialtjockleken och 'S' är materialets skjuvhållfasthet.

Att noggrant bestämma skärkraften är avgörande för att välja en press med tillräcklig slagstyrka, vanligtvis med en säkerhetsmarginal på 20–30 %. En annan viktig faktor är diespelten – avståndet mellan punschen och dieöppningen. Enligt en omfattande handledning av Jeelix är optimalt spel vanligtvis 5–12 % av materialtjockleken per sida. Otillräckligt spel ökar skärkraften och verktygsslitage, medan för stort spel kan leda till stora burrar och kantfel. För avancerade höghållfasta stål (AHSS) måste dessa spel ofta ökas för att hantera de högre spänningarna.

Materialval för själva dieskomponenterna är en annan grundläggande princip. Stansar och diesinsatser måste ha en balans av hårdhet för nötfastsättning och seghet för att förhindra kantbrott vid stötar. Vanliga val inkluderar verktygsstål som D2 och A2 för allmänna tillämpningar, medan produktion i hög volym eller arbete med abrasiva material kan kräva pulvermetallurgiska stål eller karbid. Valet innebär en avvägning mellan kostnad och prestanda, med syfte att maximera diesets livslängd och minimera driftstopp för underhåll. För komplexa tillämpningar, såsom inom bilindustrin, är det avgörande att inhämta expertkunskap. Företag som Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. specialiserar sig på stansningsverktyg för bilindustrin och utnyttjar avancerade simuleringar och materialkunskap för att leverera robusta och effektiva verktygslösningar.

Anatomi för ett trim- och genomstansningsdiesett

En stans är inte en enhetlig stålblokk utan en precisionsmontering av beroende komponenter, där var och en har en specifik funktion. Att förstå denna anatomi är nyckeln till att designa, bygga och underhålla effektiv verktygning. Hela monteringen är innesluten i ett stansset, som består av en övre och undre stanssko (eller platta) som är justerade med hjälp av guidade stift och led. Detta grundläggande system säkerställer mikronivåns exakthet mellan den övre och undre delen av verktyget under höghastighetsdrift, vilket är avgörande för att förhindra skador och bibehålla konsekvens i delarna.

De primära arbetskomponenterna är stansen och formskålen (eller formskål/insats). Stansen, som är monterad på övre formskålen, är den manliga komponenten som utför skärningen. Formskålen, monterad på undre skålen, är den kvinnliga komponenten med en öppning som stansen tränger in i. Den exakta geometrin och spel mellan dessa två delar definierar det slutgiltiga utseendet på det uppskjutna hålet eller trimmade kanten. Material, hårdhet och ytfinish är av yttersta vikt för verktygets livslängd och delkvalitet.

En annan avgörande komponent är utmataren. När ett stanshugg genomskär materialet orsakar det elastiska återfjädringen att plåten fastnar vid stansen. Utmatarens funktion är att med våld lossa materialet från stansen under pressens uppstroke. Utmatarna kan vara fasta eller fjäderbelastade, där den senare ger tryck för att hålla materialet plant under skärningsoperationen, vilket förbättrar delens planhet. För progressiva stansverktyg är piloter också väsentliga. Detta är pinnar som griper tag i tidigare stansade hål i bandet för att säkerställa exakt justering vid varje efterföljande station.

Underhållschecklista för verktygsdelar:

• Stansar och stansbrickor: Granska regelbundet skärkanterna på avrundning, sprickbildning eller överdriven nötning. Slip behovsvis för att bibehålla ett rent snitt och minska skärkraften.
• Guidepluggar och lager: Se till att de är ordentligt smorda och kontrollera tecken på galling eller nötning. Slitna guider kan leda till feljustering och katastrofala kollisioner i verktyget.
• Utkastningsplatta: Kontrollera att fjädrar (om tillämpligt) har tillräckligt med tryck och inte är brutna. Sök efter slitage på kontaktytan.
• Verktygssats: Undersök formskorna på tecken på sprickor eller skador. Se till att alla fästelement är åtdragna enligt rätt specifikation.
• Allmän renlighet: Håll formen fri från sluggar, spån och annat avfall som kan orsaka defekter i delar eller skada verktyget.

Avancerade tekniker och material för formskonstruktion

Utöver grundläggande principer fokuserar avancerad formskonstruktion på att optimera prestanda, hantera svåra material och förlänga verktygslivslängden för produktion i stor volym. En av de mest betydande utvecklingarna är användningen av progressiva former, vilka utför flera operationer (t.ex. genomstansning, trimning, böjning) successivt vid olika stationer inom ett enda verktyg. Som experter vid Eigen Engineering förklarar innebär bemästrande av progressiv formskonstruktion sofistikerad planering av bandlayout för att maximera materialutnyttjandet och säkerställa bandstabilitet när det transporteras genom formen.

För att uppnå exceptionell delplattning används tekniker som finstansning och cut-and-carry. Finstansning är en specialiserad process som använder en högtryckskudde och en V-ring för att klämma fast materialet hårt, vilket resulterar i en fullständigt skuren, rakt Kantad del utan närmast ingen sprickzon. På liknande sätt innebär cut-and-carry-metoden, beskriven av Tillverkaren , att man stansar delen delvis genom bandet och håller den platt med en tryckkudde innan den expelleras vid en senare station. Denna kontroll över materialet under skärningen minimerar de inre spänningar som orsakar deformation.

Att designa för avancerade höghållfasta stål (AHSS) innebär unika utmaningar på grund av deras höga hållfasthet och begränsad seghet. Detta kräver större diespel, mer robusta verktygsstrukturer och högkvalitativa verktygsmaterial som pulvermetallurgiska stål eller karbid för att klara de extrema krafterna och den slipande nötkraften. Dessutom kan punschgeometrin modifieras för att minska topptonnage och chockbelastning. Genom att använda en skurna eller fasad punktsyta sprids skäråtgärden ut över en något längre tid, vilket avsevärt minskar den erforderliga kraften och reducerar den våldsamma "genombrottseffekten" som kan skada både die och press.

Progressivdies kontra envägsdies

• Fördelar med progressivdies: Extremt hög produktionshastighet, lägre arbetskostnader, hög upprepbarhet och möjlighet att kombinera flera operationer i ett enda verktyg.
• Nackdelar med progressivdies: Mycket hög initial verktygskostnad, komplicerad design och byggprocess samt mindre flexibilitet för stora eller djupdragna delar.
• Fördelar med envägsdies: Lägre verktygskostnader, enklare design och större flexibilitet för småserier eller mycket stora delar.
• Nackdelar med enstationsverktyg: Mycket långsammare produktionshastighet, högre arbetskostnader per del och risk för inkonsekvenser på grund av upprepade hanterings- och positioneringsoperationer.

Vanliga frågor

1. Vad är regeln för verktygsdesign?

Även om det inte finns någon enda "regel" följer verktygsdesignen en uppsättning etablerade principer. Dessa inkluderar beräkning av skärkrafter baserat på materialens egenskaper, fastställande av korrekt spel mellan punsch och matris (vanligtvis 5–12 % av materialtjocklek per sida), säkerställande av strukturell styvhet i verktygssatsen samt planering av en logisk operationsordning i bandlayouten. Det övergripande målet är att skapa ett verktyg som är säkert, tillförlitligt och som konsekvent producerar delar som uppfyller kvalitetskraven.

2. Vad är trimverktyg för die casting?

Ett trimverktyg vid tryckgjutning har en liknande funktion som ett i plåtstansning, men används för en annan typ av komponent. När en komponent tillverkats genom tryckgjutning (dvs. att smält metall injiceras i en form) finns det överskottsmaterial kvar, såsom sprutar, överlopp och flänsar. En trimform är ett verktyg som används i en sekundär pressoperation för att skära bort detta oönskade material, vilket ger en ren och färdig gjuten komponent.

3. Vad är stålregeln för formskärning?

Formskärning med stålregel är en annan process som vanligtvis används för mjukare material som papper, kartong, skum eller tunna plaster. Det innebär att man trycker ner en vass, tunn stålblad ("stålregeln"), som böjts till önskad form och infogats i en plan bas (ofta plywood), i materialet. Det är en kostnadseffektiv metod för att skära ut former i icke-metalliska material eller mycket tunn plåt.

4. Vilka olika typer av formskärning finns det?

Die-cutting omfattar flera metoder anpassade för olika material och produktionsvolymer. Inom plåtverkning avser detta främst stansningsoperationer som genomslagning, blankning och trimning med hjälp av hårda verktyg (punch- och diesatser). Andra former inkluderar flatbed-die-cutting (för tjockare material), rotative die-cutting (för höghastighetsproduktion av etiketter eller tätningar) samt digitala skärningsmetoder som laserskärning eller vattenjetskärning, vilka inte använder något fysiskt die-verktyg.