Hướng dẫn thiết kế khuôn dập kim loại – Sổ tay Kỹ thuật

TÓM TẮT NHANH

Hướng dẫn thiết kế khuôn dập kim loại là các ràng buộc kỹ thuật đảm bảo các chi tiết có thể chế tạo được, hiệu quả về chi phí và ổn định về kích thước. Quy tắc cốt lõi "Vàng" là hầu hết các kích thước đặc điểm tối thiểu được quy định bởi độ dày vật liệu (MT); ví dụ, đường kính lỗ tối thiểu thường là 1,2x MT đối với kim loại dẻo và 2x MT đối với thép không gỉ. Các quy tắc khoảng cách quan trọng yêu cầu các lỗ phải được đặt cách mép ít nhất 2x MT để tránh phồng rộp, trong khi bán kính uốn tối thiểu nói chung nên bằng 1x MT . Cuối cùng, thiết kế khuôn thành công cần cân bằng các ràng buộc hình học chi tiết này với cơ học dụng cụ—như phân bố lực và độ ổn định dải vật liệu—để đảm bảo tính lặp lại trong sản xuất số lượng lớn.

Thiết kế nhằm mục đích sản xuất (DFM): Các quy tắc hình học chi tiết

Thiết kế một chi tiết dập đòi hỏi phải tuân thủ nghiêm ngặt các ràng buộc toán học xuất phát từ tính chất vật liệu. Việc bỏ qua những hướng dẫn này thường dẫn đến hỏng dụng cụ, ba via quá mức hoặc biến dạng chi tiết. Các thiết kế hiệu quả nhất coi độ dày vật liệu (MT) là biến chính, từ đó tính toán tất cả các kích thước khác.

Ma trận Ràng buộc Kỹ thuật

Sử dụng bảng tham chiếu này để xác minh hình học chi tiết trước khi hoàn thiện mô hình CAD. Các tỷ lệ này là tiêu chuẩn công nghiệp được chấp nhận rộng rãi nhằm đảm bảo khả năng chế tạo.

Lỗ, rãnh và khoảng cách

Độ bền của chi tiết dập phụ thuộc vào việc duy trì khoảng cách vật liệu đầy đủ giữa các đặc điểm. Theo Tiêu chuẩn thiết kế của Xometry , việc đặt các lỗ quá gần mép (nhỏ hơn 2x MT) khiến vật liệu chảy ra ngoài, tạo thành vùng "phồng" có thể cần gia công thứ cấp tốn kém để loại bỏ. Tương tự, các rãnh phải có chiều rộng ít nhất 1,5x MT; bất kỳ kích thước hẹp hơn sẽ làm tăng đáng kể nguy cơ đột dập bị gãy dưới tải nén.

Hình học uốn và hướng thớ

Việc uốn kim loại không đơn thuần như gấp giấy; đây là một quá trình kéo giãn và nén các cấu trúc thớ cụ thể. Keats Manufacturing nhấn mạnh rằng các đường uốn lý tưởng nên được thực hiện vuông góc với hướng thớ của vật liệu. Việc uốn song song với thớ thường dẫn đến nứt, đặc biệt ở các hợp kim cứng hơn như thép không gỉ hoặc nhôm đã tôi. Nếu thiết kế của bạn yêu cầu bán kính uốn nhỏ (gần bằng 1x MT), thì việc định hướng bố trí chi tiết trên dải sao cho uốn "cắt ngang thớ" là yếu tố then chốt đảm bảo độ bền kết cấu.

Thiết kế và chế tạo cối: 10 nguyên tắc về hiệu suất

Trong khi DFM tập trung vào bộ phận, chính die phải được thiết kế để ổn định, bảo trì và tuổi thọ lâu dài. Một máy đúc được thiết kế tốt không chỉ sản xuất ra các bộ phận; nó bảo vệ máy in và giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động.

Sự ổn định và quản lý lực

Các loại đệm mạnh nhất tuân theo các định luật cơ bản của vật lý và cơ học. Một trong những nguyên tắc chính, thường được trích dẫn trong 10 quy luật thiết kế của nhà sản xuất , là để giảm thiểu nâng dải - Không. Nâng băng quá mức giữa các trạm làm tăng rung động và mòn. Các nhà thiết kế nên dao động các đấm cắt và sử dụng các máy nâng có kích thước phù hợp để giữ cho dải mỏng và ổn định. Hơn nữa, cân bằng lực lượng dưới sức ép của đàn ông không thể đàm phán được. Nếu hình thành nặng xảy ra ở phía bên phải của công cụ, thiết kế phải bao gồm các lực cân bằng (như suối hoặc trạm giả) ở phía bên trái để ngăn chặn con ram lật, phá hủy các chân hướng dẫn và vỏ.

Bảo trì-Đầu tiên thiết kế

Một cái đệm khó phục vụ là một cái đệm được thiết kế kém. Nguyên tắc poka-yoke (chống sai) nên được áp dụng ngay vào chính việc lắp ráp công cụ. Thiết kế các phần cắt và tạo hình sao cho chúng không thể được lắp ngược hay úp xuống. Các hướng dẫn bảo dưỡng rõ ràng nên được khắc hoặc đóng dấu trực tiếp lên các thành phần của công cụ, loại bỏ nhu cầu về "kiến thức truyền thống" trong quá trình bảo trì.

Thực hiện các chiến lược công cụ tinh vi này đòi hỏi một đối tác sản xuất có năng lực kỹ thuật sâu. Đối với các bộ phận ô tô hoặc công nghiệp phức tạp, làm việc với một chuyên gia như Shaoyi Metal Technology đảm bảo rằng các tiêu chuẩn thiết kế nghiêm ngặt này được đáp ứng. Chứng nhận IATF 16949 và khả năng vận hành máy ép 600 tấn của họ cho phép họ thu hẹp khoảng cách giữa tạo mẫu nhanh và sản xuất hàng loạt, đảm bảo rằng ngay cả những thiết kế khuôn dập phức tạp nhất cũng hoạt động đáng tin cậy trong hàng triệu chu kỳ.

Tiêu chuẩn Lựa chọn Vật liệu & Dung sai

Sự tương tác giữa vật liệu khuôn và vật liệu phôi xác định tuổi thọ của dụng cụ và độ chính xác của chi tiết. Việc lựa chọn thép dụng cụ phù hợp là một quyết định được tính toán dựa trên khối lượng sản xuất và độ cứng của vật liệu phôi.

Lựa chọn Thép Dụng cụ

Đối với sản xuất số lượng lớn, Dramco Tool khuyến nghị sử dụng các vật liệu bền chắc như thép dụng cụ D2 hoặc A2, những loại này có khả năng chống mài mòn tuyệt vời. Trong những trường hợp khắc nghiệt, chẳng hạn như dập thép không gỉ mài mòn hoặc các hợp kim độ bền cao, có thể cần sử dụng các mảnh chèn bằng carbide cho các cạnh cắt. Mặc dù carbide đắt hơn và giòn hơn, nhưng nó chịu được mài mòn mà làm cùn nhanh các loại thép dụng cụ thông thường.

Hiểu về Dung sai

Các kỹ sư phải đặt ra kỳ vọng thực tế đối với các đặc điểm dập. "Độ chính xác" trong quá trình dập phụ thuộc vào độ dày vật liệu. Ví dụ, dung sai tiêu chuẩn cho đường kính lỗ có thể là +/- 0,002 inch, nhưng giá trị này có thể thay đổi tùy theo khe hở khuôn. Một yêu cầu phổ biến là sự hiện diện của ba via trên cạnh cắt. Tiêu chí chấp nhận ba via theo tiêu chuẩn ngành thường là 10% độ dày vật liệu . Nếu thiết kế của bạn yêu cầu cạnh không có ba via, bạn phải chỉ định các công đoạn làm sạch ba via thứ cấp hoặc các trạm "cắt tỉa" chuyên dụng bên trong khuôn dập liên hoàn.

Các lỗi thường gặp và cách xử lý sự cố theo thiết kế

Nhiều lỗi trong quá trình dập có thể được dự đoán và ngăn ngừa ngay trong giai đoạn thiết kế. Việc giải quyết sớm các dạng hỏng tiềm tàng sẽ tiết kiệm đáng kể thời gian và chi phí trong quá trình triển khai sản xuất.

Kết Luận

Làm chủ thiết kế khuôn dập kim loại là một lĩnh vực đòi hỏi sự cân bằng giữa các ràng buộc. Nó yêu cầu hiểu biết sâu sắc về cách chiều dày vật liệu quy định hình học, cách phân bố lực ảnh hưởng đến tuổi thọ dụng cụ, và cách tính chất vật liệu tác động đến độ chính xác cuối cùng. Bằng việc tuân thủ các nguyên tắc kỹ thuật này—tôn trọng các tỷ lệ tối thiểu, thiết kế thuận tiện cho bảo trì, và dự đoán hành vi của vật liệu—các kỹ sư có thể tạo ra các chi tiết không chỉ hoạt động tốt mà còn dễ sản xuất và hiệu quả về chi phí khi sản xuất hàng loạt.