แนวทางการออกแบบแม่พิมพ์สเตมป์โลหะ: คู่มือวิศวกรรม

สรุปสั้นๆ

แนวทางการออกแบบแม่พิมพ์สำหรับการขึ้นรูปโลหะคือ ข้อจำกัดเชิงวิศวกรรมที่ทำให้มั่นใจได้ว่าชิ้นส่วนสามารถผลิตได้จริง มีต้นทุนที่เหมาะสม และมีความคงตัวทางมิติ กฎหลักที่เรียกว่า "กฏทอง" คือ ขนาดของลักษณะเฉพาะต่างๆ ส่วนใหญ่มีค่าต่ำสุดที่ถูกกำหนดโดยความหนาของวัสดุ (MT); ตัวอย่างเช่น เส้นผ่านศูนย์กลางรูขั้นต่ำมักจะเป็น 1.2x MT สำหรับโลหะที่สามารถขึ้นรูปได้ง่าย และ 2x MT สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม กฎเกี่ยวกับระยะห่างที่สำคัญกำหนดให้รูต้องอยู่ห่างจากขอบใดๆ อย่างน้อย 2x MT เพื่อป้องกันการโป่งนูน ในขณะที่รัศมีการดัดขั้นต่ำควรเท่ากับ 1x MT . โดยสรุปแล้ว การออกแบบแม่พิมพ์ที่ประสบความสำเร็จคือการหาจุดสมดุลระหว่างข้อจำกัดทางเรขาคณิตของชิ้นส่วน กับกลไกของเครื่องมือ เช่น การกระจายแรง และความมั่นคงของแถบวัสดุ เพื่อรับประกันความซ้ำซ้อนในการผลิตจำนวนมาก

การออกแบบเพื่อความสามารถในการผลิต (DFM): กฎข้อกำหนดทางเรขาคณิตของชิ้นส่วน

การออกแบบชิ้นส่วนที่ต้องใช้การตอก (stamped part) จำเป็นต้องปฏิบัติตามข้อจำกัดทางคณิตศาสตร์อย่างเคร่งครัด โดยอ้างอิงจากคุณสมบัติของวัสดุ การไม่คำนึงถึงแนวทางเหล่านี้มักนำไปสู่ความล้มเหลวของแม่พิมพ์ เช่น เกิดเสี้ยนมากเกินไป หรือชิ้นส่วนบิดเบี้ยว รูปแบบการออกแบบที่มีประสิทธิภาพที่สุดคือการใช้ความหนาของวัสดุ (MT) เป็นตัวแปรหลัก ซึ่งขนาดอื่นๆ ทั้งหมดจะคำนวณมาจากค่านี้

เมทริกซ์ข้อจำกัดทางวิศวกรรม

ใช้ตารางอ้างอิงนี้เพื่อยืนยันรูปทรงเรขาคณิตของชิ้นส่วนก่อนสร้างแบบจำลอง CAD ให้เสร็จสมบูรณ์ อัตราส่วนเหล่านี้ถือเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมที่ยอมรับกันอย่างแพร่หลาย เพื่อให้มั่นใจได้ว่าชิ้นส่วนสามารถผลิตได้จริง

รู ร่อง และระยะห่าง

คุณภาพของชิ้นงานตัดพิมพ์ขึ้นอยู่กับการคงเหลือวัสดุในปริมาณเพียงพอระหว่างองค์ประกอบต่าง ๆ ตาม มาตรฐานการออกแบบของ Xometry , การเจาะรูใกล้กับขอบเกินไป (น้อยกว่า 2x MT) จะทำให้วัสดุไหลออกด้านข้าง จนเกิดเป็น "นูน" ซึ่งอาจต้องใช้การกลึงขั้นที่สองที่มีค่าใช้จ่ายสูงเพื่อกำจัดออก ในทำนองเดียวกัน ช่องลักษณะสล็อตจำเป็นต้องมีความกว้างอย่างน้อย 1.5x MT; หากแคบกว่านี้จะเพิ่มความเสี่ยงอย่างมากที่แม่พิมพ์จะหักจากแรงอัด

เรขาคณิตของการพับและทิศทางของเม็ดผลึก

การพับโลหะไม่ใช่แค่การพับกระดาษเท่านั้น แต่เป็นกระบวนการยืดและอัดโครงสร้างของเม็ดผลึกเฉพาะเจาะจง Keats Manufacturing เน้นว่าควรพับชิ้นงานในแนวตั้งฉากกับทิศทางของเม็ดผลึกของวัสดุโดย ideally การพับขนานกับเม็ดผลึกมักนำไปสู่การแตกร้าว โดยเฉพาะในโลหะผสมที่แข็งกว่า เช่น เหล็กสเตนเลสหรืออลูมิเนียมที่ผ่านการอบชุบ หากการออกแบบของคุณต้องการรัศมีการพับที่แคบ (ใกล้เคียง 1x MT) การจัดตำแหน่งชิ้นงานบนแถบวัสดุเพื่อพับ "ขวางเม็ดผลึก" ถือเป็นสิ่งสำคัญต่อความสมบูรณ์ทางโครงสร้าง

วิศวกรรมและการสร้างแม่พิมพ์: กฎ 10 ข้อสำหรับสมรรถนะ

แม้ว่า DFM จะมุ่งเน้นที่ชิ้นส่วน แต่แม่พิมพ์เองจะต้องได้รับการออกแบบให้มีความมั่นคง ง่ายต่อการบำรุงรักษา และมีอายุการใช้งานยาวนาน แม่พิมพ์ที่ออกแบบดีไม่เพียงแต่ผลิตชิ้นส่วนเท่านั้น แต่ยังปกป้องเครื่องอัดขึ้นรูปและลดเวลาหยุดทำงานให้น้อยที่สุด

ความมั่นคงและการจัดการแรง

แม่พิมพ์ที่แข็งแรงที่สุดปฏิบัติตามกฎพื้นฐานของฟิสิกส์และกลศาสตร์ หนึ่งในหลักการสำคัญที่มักถูกกล่าวถึงใน "10 กฎหมายการออกแบบแม่พิมพ์" จาก The Fabricator คือ ลดการยกแถบโลหะให้น้อยที่สุด การยกแถบโลหะระหว่างสถานีมากเกินไปจะเพิ่มการสั่นสะเทือนและการสึกหรอ ผู้ออกแบบควรจัดเรียงหมัดตัดแบบสลับกัน และใช้อุปกรณ์ยกที่มีขนาดเหมาะสมเพื่อรักษาระดับและความมั่นคงของแถบโลหะ นอกจากนี้ การถ่วงสมดุลแรงภายใต้ลูกสูบเครื่องอัดขึ้นรูปเป็นสิ่งที่จำเป็นอย่างยิ่ง หากมีการขึ้นรูปหนักทางด้านขวาของแม่พิมพ์ จำเป็นต้องมีการออกแบบให้มีแรงถ่วงสมดุล (เช่น สปริงหรือสถานีจำลอง) ทางด้านซ้าย เพื่อป้องกันไม่ให้ลูกสูบเอียง ซึ่งจะทำลายหมุดนำทางและปลอกนำทาง

การออกแบบเพื่อการบำรุงรักษาเป็นหลัก

แม่พิมพ์ที่ซ่อมบำรุงยาก ถือว่าเป็นแม่พิมพ์ที่ออกแบบได้ไม่ดี หลักการของ โปเกะโยเกะ (การป้องกันข้อผิดพลาด) ควรนำมาใช้กับตัวเครื่องมือประกอบโดยตรง ออกแบบส่วนตัดและส่วนขึ้นรูปให้ไม่สามารถติดตั้งย้อนหรือกลับด้านได้ ควรสลักหรือตีมาร์คคำแนะนำในการซ่อมบำรุงอย่างชัดเจนลงบนชิ้นส่วนของเครื่องมือโดยตรง เพื่อขจัดความจำเป็นในการพึ่งพา "ความรู้ที่ส่งต่อกันปากต่อปาก" ในระหว่างการบำรุงรักษา

การดำเนินกลยุทธ์ด้านเครื่องมือที่ซับซ้อนเหล่านี้ จำเป็นต้องอาศัยพันธมิตรทางการผลิตที่มีศักยภาพทางวิศวกรรมอย่างลึกซึ้ง สำหรับชิ้นส่วนยานยนต์หรือชิ้นส่วนอุตสาหกรรมที่ซับซ้อน การทำงานร่วมกับผู้เชี่ยวชาญอย่าง เทคโนโลยีโลหะเส้าอี้ ทำให้มั่นใจได้ว่ามาตรฐานการออกแบบที่เข้มงวดเหล่านี้จะได้รับการปฏิบัติตาม ใบรับรอง IATF 16949 และศักยภาพในการดำเนินงานเครื่องอัดแรง 600 ตัน ของพวกเขา ทำให้สามารถเชื่อมช่องว่างระหว่างการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วและการผลิตจำนวนมาก พร้อมรับประกันว่าแม้แต่การออกแบบแม่พิมพ์ที่ซับซ้อนที่สุดก็สามารถทำงานได้อย่างเชื่อถือได้ตลอดหลายล้านรอบการใช้งาน

การเลือกวัสดุและการกำหนดมาตรฐานความคลาดเคลื่อน

การมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัสดุแม่พิมพ์กับวัสดุชิ้นงานเป็นตัวกำหนดอายุการใช้งานของเครื่องมือและความแม่นยำของชิ้นงาน การเลือกเหล็กเครื่องมือที่เหมาะสมจึงเป็นการตัดสินใจอย่างรอบคอบโดยพิจารณาจากปริมาณการผลิตและความแข็งของชิ้นงาน

การเลือกเหล็กเครื่องมือ

สำหรับการผลิตจำนวนมาก Dramco Tool แนะนำให้ใช้วัสดุที่ทนทาน เช่น เหล็กเครื่องมือชนิด D2 หรือ A2 ซึ่งมีคุณสมบัติต้านทานการสึกหรอได้ดีเยี่ยม ในกรณีรุนแรง เช่น การตัดเจาะสแตนเลสที่กัดกร่อนหรือโลหะผสมความแข็งสูง อาจจำเป็นต้องใช้เม็ดมีดคาร์ไบด์สำหรับขอบตัด เนื่องจากแม้ว่าคาร์ไบด์จะมีราคาแพงกว่าและเปราะกว่า แต่มันสามารถต้านทานการสึกหรอแบบขูดขีดได้ดี ซึ่งจะทำให้เหล็กเครื่องมือทั่วไปหม dull ได้อย่างรวดเร็ว

ความเข้าใจในเรื่องค่าความคลาดเคลื่อน

วิศวกรต้องกำหนดข้อกำหนดที่สมเหตุสมผลสำหรับลักษณะของชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปด้วยการตัดหรือดัด คำว่า "ความแม่นยำ" ในการขึ้นรูปชิ้นงานมีความสัมพันธ์กับความหนาของวัสดุ ตัวอย่างเช่น ค่าความคลาดเคลื่อนมาตรฐานสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางรูอาจอยู่ที่ +/- 0.002 นิ้ว แต่ค่านี้อาจเปลี่ยนแปลงได้ตามระยะห่างของแม่พิมพ์ (die clearance) ข้อกำหนดทั่วไปประการหนึ่งคือ การมีขอบคม (burr) เกิดขึ้นที่ขอบที่ถูกตัด อุตสาหกรรมมักใช้เกณฑ์ยอมรับขอบคมที่ 10% ของความหนาของวัสดุ หากการออกแบบของคุณต้องการให้ไม่มีขอบคม คุณจำเป็นต้องระบุขั้นตอนการกำจัดขอบคมเพิ่มเติม หรือสถานีพิเศษสำหรับการ "เฉือนละเอียด" (shaving) ภายในแม่พิมพ์แบบโปรเกรสซีฟ

ข้อบกพร่องทั่วไปและการแก้ปัญหาตามการออกแบบ

ข้อบกพร่องจากการขึ้นรูปชิ้นงานหลายประเภทสามารถทำนายและป้องกันได้ในช่วงออกแบบ การแก้ไขรูปแบบความล้มเหลวที่อาจเกิดขึ้นแต่เนิ่นๆ จะช่วยประหยัดเวลาและต้นทุนอย่างมากในระหว่างการเริ่มต้นผลิต

สรุป

การเชี่ยวชาญในการออกแบบแม่พิมพ์ตอกโลหะคือศาสตร์ที่ต้องถ่วงดุลข้อจำก่อนต่างๆ ซึ่งต้องมีความเข้าใจลึกถึงวิธีที่ความหนาของวัสดุกำหนดรูปร่างเรขาคณิต วิธีที่การกระจายแรงมีผลต่ออายุเครื่องมือ และวิธีที่คุณสมบัติของวัสดุมีอิทธิพลต่อความแม่นยำสุดท้าย โดยยึดมั่นกับแนวทางวิศวกรรมเหล่านี้—ให้ความเคารพต่ออัตราส่วนต่ำสุด ออกแบบเพื่อการบำรุงรักษา และคาดการณ์พฤติกรรมของวัสดุ—วิศวกรสามารถสร้างชิ้นส่วนที่ไม่เพียงใช้งานได้ แต่ยังสามารถผลิตได้ง่ายและมีประสิทธิภาพทางต้นทุนในระดับผลิตจำนวนมาก