Коротко

Проектування поступових матриць є стандартом для виробництва автомобільних кріплень обсягом понад 50 000 деталей на рік, забезпечуючи поєднання швидкості, точності та стабільності. Щоб досягти цільового рівня використання матеріалу понад 75%, інженери мають оптимізувати розташування заготовок за допомогою точних розрахунків товщини містків (зазвичай 1,25t до 1,5t) та агресивних стратегій компонування. До ключових факторів проектування належать компенсація пружного відгину в сталі підвищеної міцності з низьким легуванням (HSLA) та розрахунок зусилля преса на основі загального периметра зрізу та зусиль відриву.

Для складних автомобільних кріпленнь, що вимагають допусків менше ±0,05 мм, успіх залежить від надійного позиціонування центрувальних штифтів та правильного вибору інструментальних сталей (наприклад, карбіду або D2) залежно від обсягу виробництва. Цей посібник містить технічні формули, правила розташування та стратегії запобігання дефектам, необхідні для створення високоефективних поступових матриць.

Етап 1: Попереднє проектування та вибір матеріалу

Перш ніж розробити першу схему стрічки, процес проектування має розпочинатися з ретельного аналізу властивостей матеріалу кріплення. Для автомобільних кріплень часто використовують низьколеговані сталі підвищеної міцності (HSLA) або алюмінієві сплави (наприклад, 6061 або 5052), щоб зменшити вагу, зберігаючи при цьому структурну міцність. Вибір матеріалу визначає зазор у матриці, радіуси згинання та вимоги до покриття.

Властивості матеріалу та вплив на матрицю
Міцність на розтягнення та міцність на зсув вихідного матеріалу є основними чинниками, що впливають на потужність обладнання та знос інструменту. Наприклад, штампування сталі HSLA вимагає значно більшої потужності та менших зазорів у порівнянні з низьковуглецевою стальлю. Навпаки, алюмінієві сплави, хоча й м'якші, схильні до задирок і потребують полірованих робочих елементів інструменту або спеціальних покриттів, таких як TiCN (титановий карбонітрид).

Вирішення проблеми пружного відгинання на ранніх етапах
Одним із найпоширеніших дефектів при штампуванні автомобільних кріплення є пружне відгинання — схильність металу частково повертатися до своєї первинної форми після згинання. Це особливо виражено у матеріалах HSLA. Щоб запобігти цьому, конструктори мають передбачати станції "занадто гострого згину" або застосовувати обертальні методи згинання замість стандартного згинання зі сколом. Для кутових кронштейнів 90 градусів проектування матриці з надмірним згином на 2-3 градуси — це поширена практика для досягнення кінцевої допускової точності.

Етап 2: Оптимізація розташування смуги

Розташування смуги — це проектний план послідовної матриці. Воно визначає економічну ефективність всього виробничого процесу. Погано спроектоване розташування призводить до втрат матеріалу та нестабільності матриці, тоді як оптимізоване розташування може економити тисячі доларів щороку на відходах.

Товщина містка та конструкція носія
«Міст» або «перемичка» — це матеріал, що залишається між деталями для їх транспортування через штамп. Мінімізація цієї ширини зменшує відходи, але надто вузька перемичка загрожує викривленням стрічки. Стандартне інженерне правило для сталевих кріплень полягає в тому, щоб встановити ширину моста між 1,25 × Товщина (t) та 1,5 × Товщина (t) . Для високошвидкісних застосувань або тонших матеріалів цю величину може знадобитися збільшити до 2t, щоб запобігти проблемам із подачею.

Розрахунок використання матеріалу
Ефективність вимірюється показником використання матеріалу (%). Цільове значення для автомобільних кріплень має бути >75%. Формула для перевірки стратегії розміщення така:

Використання % = (Площа готової заготовки) / (Крок × Ширина стрічки) × 100

Якщо результат нижче 65%, розгляньте варіант розміщення «двійкового проходу» або «блокованого» типу, коли дві скоби штампуються назустріч одна одній, спільно використовуючи лінію транспортування. Цей підхід дуже ефективний для скоб у формі L або U.

Розташування направляючих штифтів
Точність залежить від точного позиціонування смуги. Провідникові отвори мають пробиватися на самій першій станції. Провідникові штифти на наступних станціях центрують смугу до того, як матриця повністю закриється. Для кріплення з жорсткими допусками між отворами переконайтеся, що провідникові елементи зачепляються за смугу принаймні на 6 мм до того, як формуючі пуансони торкнуться матеріалу.

Етап 3: Послідовність станцій та номінальне зусилля

Визначення правильного порядку операцій — пробивання, провідник, обрізка, формування та відрізання — запобігає виходу матриць з ладу. Логічна послідовність забезпечує стабільність смуги протягом усього процесу. Ідеально, пробивання виконується на початку для створення провідникових отворів, тоді як важке формування розподіляється для балансування навантаження.

Розрахунок необхідного номінального зусилля
Інженери мають розрахувати загальне зусилля, необхідне для впевненості, що прес має достатню потужність (та енергію) для виконання роботи. Формула для розрахунку зусилля при вирубці та пробиванні така:

Зусилля (Т) = Довжина різання (L) × Товщина матеріалу (t) × Межа зсувної міцності (S)

Згідно галузеві стандарти розрахунків , ви також повинні враховувати зусилля знімання (як правило, 10-20% від зусилля різання) та тиск азотних пружин або подушок, що використовуються для утримання стрічки. Недостатнє врахування цих допоміжних навантажень може призвести до недостатнього підбору преса, що спричинить його зупинку в нижній мертвій точці.

Центр навантаження
Важливим, але часто ігнорованим розрахунком є «центр навантаження». Якщо зусилля різання та формування зосереджені на одному боці матриці, це створює ексцентриситет, що призводить до перекосу повзунка, спричиняючи передчасний знос напрямних преса та колонок матриці. Збалансуйте компонування, симетрично розподіливши станції з великим зусиллям (наприклад, різання великих контурів) навколо осі симетрії матриці.

Етап 4: Усунення поширених дефектів скоб

Навіть за наявності міцного проекту під час пробного запуску можуть виникати дефекти. Діагностика вимагає системного підходу до аналізу первинних причин.

• Заусенці: Надмірні заусенці зазвичай вказують на неправильний зазор або затуплене інструмент. Якщо заусенці з'являються лише з одного боку отвору, ймовірно, пробійник зміщений. Переконайтеся, що зазор рівномірний по всьому периметру.
• Випадання шлаку: Це відбувається тоді, коли уламок прилипає до лицьової сторони пробійника і витягується з матричної втулки. Це може пошкодити стрічку або матрицю на наступному ході. Рішення полягає у використанні матриць типу "slug-hugger" із пазами для утримання або додаванні пружинного виштовхувача в центр пробійника.
• Зміщення (вигин): Якщо стрічка вигинається (зазнає камберу) під час подачі, несуча частина може деформуватися. Це часто трапляється, якщо звільнення стрічки під час формування обмежене. Переконайтеся, що напрямні елементи дозволяють матеріалу вільно рухатися під час циклу подачі, щоб зняти напруження.

Етап 5: Чинники вартості та вибір постачальника

Перехід від проектування до виробництва передбачає комерційні рішення, які впливають на остаточну вартість деталі. Складність матриці — зумовлена кількістю станцій і необхідною точністю — є найбільшою капіталомісткою статтею витрат. Для кріплення малої серії (<20 000/рік) одностадійна або компаундна матриця може бути економнішою, ніж прогресивна.

Однак для масових автомобільних програм ефективність прогресивної матриці виправдовує початкові інвестиції. Під час вибору виробничого партнера переконайтеся у його здатності забезпечити конкретні вимоги щодо навантаження та розміру стола для вашої матриці. Наприклад, Комплексні штампувальні рішення Shaoyi Metal Technology заповнюють розрив між прототипуванням і масовим виробництвом, пропонуючи прецизійне виготовлення критичних компонентів, таких як важелі підвіски та підрамники, з сертифікацією IATF 16949. Їхня здатність працювати з навантаженням преса до 600 тонн гарантує стабільне виробництво навіть складних кріплень з товстого металу.

Нарешті, завжди вимагайте детального перегляду конструкції на предмет технологічності (DFM) перед тим, як розпочинати обробку металу. Кваліфікований постачальник має моделювати процес штампування (за допомогою програмного забезпечення, наприклад, AutoForm), щоб передбачити ризики зниження товщини матеріалу та його розриву, що дозволяє вносити виправлення на віртуальному етапі й економити кілька тижнів на фізичному переобладнанні.

Вдосконалення ефективності прогресивних штампів

Проектування прогресивних штампів для автомобільних кріплень — це завдання, спрямоване на досягнення балансу між точністю, ефективністю використання матеріалу та довговічністю інструменту. Шляхом суворого застосування інженерних основ — від точних розрахунків містків та формул потужності до стратегічного вибору матеріалу — інженери можуть створювати оснащення, яке виробляє мільйони бездоганних деталей. Ключовим є розгляд плану розташування заготовок як фундаменту; якщо план оптимізовано, штамп працюватиме стабільно, дефекти будуть зведені до мінімуму, а прибутковість — максимізовано.

Поширені запитання

1. Яка мінімальна товщина містка для прогресивних штампів?

Стандартна мінімальна товщина містка (або ширина перемички) зазвичай становить 1,25–1,5 товщини матеріалу (t) . Наприклад, якщо матеріал кронштейна має товщину 2 мм, місток повинен бути щонайменше 2,5–3 мм. Зменшення нижче цього межового значення збільшує ризик вигину або розриву стрічки під час подачі, особливо при високошвидкісних операціях.

2. Як розрахувати потужність для поступального штампування?

Загальну потужність розраховують шляхом підсумовування зусиль, необхідних для всіх операцій (різання, гнуття, формування), а також зусилля скидання та тискових подушок. Базова формула для зусилля різання: Периметр × Товщина × Межа зсуву . Більшість інженерів додають запас міцності у 20% до загального розрахованого навантаження, щоб врахувати затуплення інструмента та варіації преса.

3. Як можна зменшити відходи при проектуванні поступальних матриць?

Зменшення відходів починається з розташування заготовок на стрічці. Методи включають компонування деталей (блокування форм для використання одного носія), зменшення ширини моста до безпечного мінімуму та використання компонування "у два проходи" для кронштейнів L-подібної або трикутної форми. Вдосконалення використання матеріалу до понад 75% є ключовою метою для економічного штампування автомобілів.