Заготовката е една от най-фундаменталните операции в металното щамповане. Той преобразува плоска ламарина или намотка в отделни части — наречени заготовки — чрез срязване на материала по затворен контур с помощта на щанца и матрица. Независимо дали произвеждате скоби, корпуси, електрически контакти или автомобилни панели, процесът на заготовка поставя основата за геометрията на детайлите, качеството на ръбовете и операциите за формоване надолу по веригата.
Това ръководство обхваща механиката на заготовката, как се различава от щанцоването, основните налични методи за заготовка, стратегии за използване на материала , често срещани дефекти и техните поправки и изчисленията на тонажа, от които се нуждаете за избор на преса.
Какво представлява процесът на заглушаване?
При щамповането на метал изрязването е операция на срязване, при която желаната част се изрязва от листа и пада през отвора на матрицата като завършено парче. Околният материал - скелетът или мрежата - се превръща в скрап. Това е определящата характеристика, която разделя заготовката от щанцоването (пробиването), където отстраненият охлюв е скрап и листът запазва дупката.
Как работи срязването
Когато поансона се спусне и влезе в контакт с ламарината, срязването преминава през четири отделни фази:
- Еластична деформация — Материалът се компресира леко под върха на перфоратора; все още не настъпва постоянна промяна на формата.
- Пластична деформация — Поансонът прониква в материала, инициирайки полирана (гладка) лента на рязане от страната, която е най-близо до поансона.
- Счупване — Пукнатини произхождат от режещите ръбове на поансона и матрицата и се разпространяват навътре. Там, където се срещат двете зони на счупване, материалът се разделя.
- Разделяне — Заготовката освобождава отвора на матрицата. Ежекторните щифтове или устройства за отстраняване освобождават частта или скелета.
Полученото напречно сечение на празна част показва четири характерни зони: преобръщане (срязваща лента в горната част), зона за изглаждане (гладка вертикална лента), зона на счупване (грапава повърхност под ъгъл) и бор (тънка, остра устна в долния ръб).
Хлабина: най-критичният параметър
Хлабина на матрицата — разстоянието между режещия ръб на поансона и режещия ръб на матрицата, измерено за всяка страна — директно контролира качеството на ръба, височината на резеца и живота на инструмента.
| Просвет на всяка страна (% от дебелината на материала) | Типичен резултат |
|---|---|
| 3–5 % | Плътно прилягане; минимално преобръщане; по-високо износване на поансона; използва се при прецизно изрязване |
| 5–8 % | Стандарт за повечето стомани; добро съотношение на изгаряне към счупване |
| 8–12 % | По-широка междина; по-голямо преобръщане и изпъкналост; по-нисък тонаж; подходящ за по-меки алуминиеви сплави |
| > 12 % | Прекомерно изпъкналост и деформация; като цяло неприемливо за производство |
Основно правило: За мека стомана (с дебелина до 3 mm) използвайте 5–7 % хлабина на страна. За алуминий, 6–8 %; за неръждаема стомана, 7–10 %. Винаги се консултирайте със специфичните за материала насоки и тествайте върху пробни заготовки, преди да се ангажирате с производствени инструменти.
Посоката на изрязване при заготовката е предсказуема: изрязването винаги се образува от страната на скрап — страната, противоположна на поансона. Следователно при заготовката резецът е на долния ръб на завършената заготовка (страната на матрицата). Ако се изисква ръб без грапавини на конкретна повърхност, ориентирайте съответно частта в матрицата.
Бланкиране срещу пробиване (пиърсинг): Каква е разликата?
Термините често се бъркат, но механичното разграничение е ясно:
| Характеристика | Заготовка | Пробиване (пробиване) |
|---|---|---|
| Гол | Направете изрязаното парче като завършена част | Направете дупка в листа; охлювът е скрап |
| Полезна част | Парчето, което пада през матрицата | Листът, който остава върху матрицата |
| Профил на матрицата | Оформен според очертанията на частта | Кръгъл или оформен спрямо геометрията на отвора |
| Профил на щанца | Следва очертанията на частта (малко по-малък поради клирънс) | Съвпада с формата на отвора |
| Скрап | Скелетът (мрежата), останал върху лентата | Перфорираният плужек |
| Типично приложение | Плоски заготовки, скоби, уплътнения, подложки | Монтажни отвори, вентилационни слотове, изрези за достъп |
В прогресивно щамповане, и двете операции често се извършват на една и съща лента в различни станции — заготовка в крайната станция, щанцоване в по-ранните.
Типове заглушаване: Сравнение
Не всички операции за закриване дават еднакви резултати. Изборът на метод зависи от допустимите отклонения на детайлите, изискванията за качество на ръбовете, производствения обем и ограниченията на разходите.
Конвенционално заглушаване (Стандартно заглушаване)
Най-често срещаният метод. Единичен удар прорязва материала със стандартна хлабина (5–8 % на страна). Зоните на счупване от страните на поансона и матрицата се срещат под ъгъл, създавайки видима линия на счупване на ръба на среза.
- Допустими отклонения: ± 0,1 – 0,3 mm (типично за стомана)
- Покритие на ръбовете: Средно; зона на изгаряне = 30–50 % от дебелината на материала
- Скорост: Висока; 100–800+ SPM на високоскоростни преси
- Цена: Ниски разходи за инструменти; най-ниска цена на част при голям обем
- Най-добро за: Части с общо предназначение, при които изчистеният ръб не е критична повърхност
Фино изрязване (Прецизно изрязване)
Финото изрязване използва преса с тройно действие: a V-образен пръстен (жило) вдлъбва листа, за да предотврати изтичането на материала, подложка за противоналягане държи заготовката плоска, а поансонът се спуска с много плътна хлабина (0,5–1 % на страна). Резултатът е напълно изрязан ръб с почти 100% изгаряне и минимално преобръщане.
- Допустими отклонения: ± 0,02 – 0,05 мм
- Покритие на ръбовете: Отличен; 90–100 % полирани; височина на бора < 0,05 mm
- Скорост: Долен; 20–80 SPM
- Цена: Високи разходи за инструменти; изисква се специализирана преса
- Най-добро за: Заготовки за зъбни колела, зъбни колела, компоненти за автомобилни седалки, части, изискващи качество на машинно обработени ръбове без второстепенни операции
Прогресивно бланкиране (Прогресивно щамповане)
заготовката се формира чрез множество станции на една прогресивна матрица, всяка от които изпълнява специфична операция (пробиване на пилотни отвори, нарязване, формоване и накрая заготовка). Лентата е индексирана напред със стъпка, равна на разстоянието между станциите.
- Допустими отклонения: ± 0,05 – 0,15 mm (в зависимост от станцията)
- Покритие на ръбовете: Същото като конвенционалното за празната станция; може да включва формоване и сечене
- Скорост: 100–1000+ SPM
- Цена: Висока цена на матрицата; най-ниска цена на част при много големи обеми (> 100 000 части)
- Най-добро за: Комплексни части с голям обем; компоненти, изискващи множество операции в едно преминаване
Сравнителна таблица
| Параметър | Конвенционално заглушаване | Fine Blanking | Прогресивно заглушаване |
|---|---|---|---|
| Качество на ръба | 30–50 % изглаждане | 90–100 % изгладене | 30–50 % изгладене (заглушителна станция) |
| Размери толеранс | ± 0,1–0,3 mm | ± 0,02–0,05 mm | ± 0,05–0,15 mm |
| Височина на резеца | 5–15 % от дебелината | < 3 % от дебелината | 5–15 % от дебелината |
| Тип преса | Механична/хидравлична | Хидравличен с тройно действие | Високоскоростен механичен |
| SPM гама | 100–800+ | 20–80 | 100–1000+ |
| Дебелина на материала | 0,3–12 мм | 0,5–16 мм | 0,3–6 мм |
| Разходи за инструменти | Нисък–среден | Висока | Висока |
| Цена на част | Нисък | Средно–високо | Много ниско (голям обем) |
| Най-добър диапазон на обема | 10,000–500,000+ | 5,000–500,000 | 100 000–милиона |
Използване на материали и оптимизиране на влагането
Разходите за материали обикновено са 50–70% от общите разходи за щампована част. Оптимизирането на празното оформление (гнездене) върху лентата е една от дейностите с най-голямо влияние при бланките.
Ключови стратегии за вмъкване
- Вмъкване на редове — Части, подравнени в прави редове по ширината на лентата. Лесен за проектиране; използване обикновено 55–70 %.
- Разпръснато гнездене — Редуващи се редове, изместени с половин част от стъпката. Увеличава оползотворяването с 5–15 % спрямо гнезденето на редове за правоъгълни или удължени части.
- Ротационно гнездене — Части, завъртани под оптимални ъгли (често 30°, 45° или персонализирани), за да се увеличи максимално броят части на лента. Неправилните форми се възползват най-много от този подход.
- Заготовка на обща линия — Съседните части споделят една линия на рязане, елиминирайки мрежата между тях. Може да добави 10–20 % използване, но изисква внимателен дизайн на инструментите и може да увеличи износването на матрицата на споделения ръб.
- Заготовка без скрап (без скелет) — Използва се за непрекъснати ленти от идентични части (напр. електрически контакти), където скелетът е сведен до минимум или елиминиран.
Как да изчислим използването на материала
Използването на материала (%) = (Обща празна площ на лента / площ на напречното сечение на лентата) × 100
Или еквивалентно:
Използване (%) = (Брой празни места на щрих × Единична празна област) / (Ширина на лентата × стъпка) × 100
Целево използване от 70–85 % е постижимо за повечето геометрии с правилно влагане. Под 60% изисква редизайн на инструментите или оформлението.
Практически съвети
- Включете инженерите по инструментите отрано — малка настройка на геометрията (добавяне на радиус, коригиране на ъгъл) може да отключи по-ефективно гнездо.
- Вземете под внимание ограниченията за ширината на рулоните — стандартните ширини на рулоните (напр. 300 mm, 600 mm, 1000 mm) може да доведат до по-добра цена от ширините на прореза по поръчка.
- Използвайте софтуер за влагане (напр. Sigmanest, Lantek, AP100) за сложни форми, за да оцените бързо десетки ъгли на ориентация.
Често срещани дефекти на заготовката и решения
Дори добре проектираните операции за заготовка могат да доведат до дефекти. Таблицата по-долу обхваща най-честите проблеми, техните първопричини и коригиращи действия.
| Дефект | Външен вид | Основна причина | Решение |
|---|---|---|---|
| Прекомерно зачеркване | Остър, повдигнат ръб на празния ръб | Износени режещи ръбове; прекомерен клирънс; твърде мек материал | Заточете отново поансона и матрицата; намаляване на клирънса; използвайте по-твърда инструментална стомана или покрития |
| Преобръщане (преобръщане от страната на матрицата) | Извита вдлъбнатина на входния ръб на заготовката | Прекомерна хлабина; недостатъчно задържане на материала; мек материал | Затегнете хлабината; увеличаване на силата на държача на заготовката; добавете V-образен пръстен за фино заготовка |
| Грапавост на зоната на счупване | Назъбена, неравна ивица на счупване | Твърде тесни хлабини (пукнатините не се срещат чисто); неправилна посока на зърното на материала | Оптимизиране на клирънса; завъртане на ориентацията на детайла спрямо посоката на валцоване |
| Напукване на ръбове | Пукнатини, излъчващи се от заготовения ръб в детайла | Чупливост на материала; страна на борда под напрежение при последващо формоване; остър заготовен ръб действа като инициатор на пукнатини | Отстранете ръбовете преди формоване; ориентирайте страната на борда към зоната на компресия; използвайте фино изрязване за критични ръбове |
| Вариация на размерите | Несъответстващ размер на заготовката в производствения цикъл | Износване на инструмента; отклонение на пресата; несъответствие при подаване на лента | Изпълнете планирана поддръжка на инструмента; проверете подравняването на пресата; проверете точността на захранващото устройство |
| Усукване / лък | Празни изкривявания или усуквания след заготовка | Неравномерно разстояние; асиметрична геометрия на щанцата; остатъчно напрежение в бобината | Повторно центриране на поансона и матрицата; проверка за успоредност на инструмента; материал за облекчаване на напрежението преди заготовка |
| Издърпване на охлюв | Охлюв за скрап се прибира в матрицата при движение нагоре | Вакуум под щанца; недостатъчна сила на стрипера; недостатъчна хлабина | Добавете отвори за вакуумно прекъсване; увеличаване на налягането на пружината на стрипера; нанасяне на покрития, които задържат ударите върху челната страна на поансона |
| Настъргване | Размазване на материала върху повърхността на поансона/ матрицата | Адхезия между инструмента и детайла; недостатъчно смазване; грешен клас инструментална стомана | Нанесете TiN/CrN покрития; използвайте твърдосплавни инструменти; увеличаване на дебита на лубриканта |
| Отчупване на матрицата | Малки фрактури на режещия ръб на матрицата | Умора при удар; неправилна твърдост на стоманената матрица; хлабината е твърде стегната за твърд материал | Използвайте по-твърда стомана за щанцоване (напр. преход от D2 към M2); добавете входен конус към матрицата; оптимизиране на хлабината |
Изчисляване на тонажа за заготовка
Правилното изчисляване на необходимия тонаж на пресата е от съществено значение за избора на правилната преса и избягване на проблеми с под или над тонаж (дефекти на части, повреда на пресата или загуба на енергия).
Стандартна формула
Покриваща сила (тонове) = (Периметър × Дебелина × Якост на срязване) / 2000
Където:
– Периметър = обща дължина на контурът на изрязване (инчове)
– Дебелина = дебелина на материала (инчове)
– Якост на срязване = якост на срязване на материала (PSI)
– 2000 = коефициент на преобразуване (2000 lbs = 1 тон)
Метрична версия
Покриваща сила (kN) = Периметър (mm) × Дебелина (mm) × Якост на срязване (MPa) / 1000
Референтни стойности за якост на срязване
| Материал | Якост на опън (MPA) | Приблизителна якост на срязване (MPa) |
|---|---|---|
| Мека стомана (AISI 1008–1020) | 300–420 | 250–350 |
| Неръждаема стомана (304) | 515–620 | 400–500 |
| Алуминий 5052-H32 | 228–275 | 150–185 |
| Алуминий 6061-T6 | 290–310 | 200–220 |
| Мед C11000 | 210–380 | 170–250 |
| Месинг C26000 | 300–400 | 220–300 |
Накрайник: Като консервативно основно правило, якостта на срязване ≈ 0,6 × якостта на опън за повечето пластични метали.
Добавяне на граница на безопасност
Винаги добавяйте 20–30 % коефициент на безопасност, за да вземете предвид:
- Вариации на свойствата на материала (от топлина до топлина)
- Тъп инструмент между повторното заточване
- Несъответствие при подаване на лента, причиняващо частично разфасовки
- Едновременни операции на формоване (ако се комбинират със заготовка)
Примерно изчисление: Заготовка на правоъгълна заготовка 100 mm × 50 mm от 2 mm мека стомана (якост на срязване = 300 MPa):
Периметър = 2 × (100 + 50) = 300 mm
Сила = 300 × 2 × 300 / 1000 = 180 kN
С 25 % граница на безопасност: 180 × 1,25 = 225 kN ≈ 23 тона
Намаляване на тонажа: Ъгли на срязване
Добавяне на ъгъл на срязване (рейк) към поансона или матрицата разпределя контактната линия през материала, намалявайки пиковия тонаж чрез разпределяне на разреза във времето. Ъгъл на срязване от 1°–3° на страна (еквивалентен на 5–15 % от дебелината на материала през лицевата страна на щанцата) може да намали пиковия тонаж с 30–50 %, без да се засяга геометрията на заготовката.
Най-добри практики за производствена заготовка
- Посочете страната на резеца на чертежа. Тъй като посоката на резеца е предсказуема при изрязване, добавете я към чертежа на детайла, така че операторите да ориентират матрицата правилно.
- Планирайте поддръжката на инструмента по брой ходове. Износването на кантовете е постепенно; планирайте повторно заточване на всеки 50 000–200 000 удара (в зависимост от материала и покритието), вместо да чакате видими дефекти.
- Използвайте инструменти с покритие за абразивни материали. Покритията TiN, TiAlN и CrN могат да удължат живота на инструмента 2–5 пъти при щанцоване на неръждаема стомана, нисколегирана с висока якост (HSLA) или поцинкована стомана.
- Контролна плоскост на бобината. Вълнообразната или извита лента причинява неравномерен просвет през среза, което води до променлива височина на резеца и размер на заготовката. Нивелирайте лентата преди заглушителната станция, ако е необходимо.
- Наблюдавайте празното тегло като прокси за качество. Претеглянето на проба от заготовки всяка смяна е бърза, безразрушителна проверка за отклонение на размерите или износване на инструмента.
Често задавани въпроси
Каква е разликата между изрязване и рязане на ламарина?
Заготовката е специфична операция на срязване, при която щанцованата част е желаната част, а околният лист се превръща в скрап. Рязането е по-широк термин, който включва изрязване, щанцоване, подрязване и нарязване. При заготовка отворът на матрицата съответства на формата на частта; при щанцоване (пробиване), матрицата съответства на формата на отвора и охлювът се изхвърля.
Как се изчислява хлабината за заглушаване?
Хлабината за закриване се изразява като процент от дебелината на материала, измерена за всяка страна между режещите ръбове на поансона и матрицата. Например, при стомана с дебелина 2 mm и 6 % хлабина на всяка страна, празнината е 0,12 mm от всяка страна. Формулата е: луфт на страна = дебелина на материала × (клирънс % / 100). Типичните стойности варират от 3–12 % в зависимост от изискванията за материал и качество.
За какво се използва финото заглушаване?
Финото изрязване се използва, когато част изисква напълно срязан ръб, почти без грапавини, без вторична обработка. Обичайните приложения включват заготовки за зъбни колела, зъбни плочи, компоненти за облегалка на автомобилни седалки и прецизни плоски части, където качеството на ръбовете пряко влияе върху функцията или сглобяването. Финото изрязване създава ръбове с 90–100% излъсканост и височини на ръбове под 0,05 mm.
Как да намаля височината на бора при заготовката?
За да намалите височината на ръбовете: (1) заточете или сменете износените ръбове на поансона и матрицата, (2) оптимизирайте хлабината до 5–7 % на страна за повечето стомани, (3) използвайте инструменти с покритие или карбид, за да поддържате остротата на ръба по-дълго, (4) осигурете подходящо задържане на материала, за да предотвратите повдигане на листа по време на рязане и (5) помислете за фино изрязване, ако приложението изисква почти нулево изтръпване.
Какъв тонаж на пресата ми е необходим за заготовка?
Изчислете тонажа по формулата: Сила = (Периметър × Дебелина × Якост на срязване) / 1000 (в kN, метрични) или / 2000 (в тонове, имперски). Винаги добавяйте 20–30 % коефициент на безопасност. Например, заготовката на детайл с размери 100 mm × 50 mm от 2 mm мека стомана изисква приблизително 225 kN (23 тона). Пресата също трябва да има достатъчна дължина на хода, размер на леглото и скорост за вашите производствени изисквания.
Имате нужда от прецизно изработени части, проектирани според вашите спецификации? Свържете се с щамповани метални части , за да обсъдите вашите изисквания за заготовка — от прототип до производство в голям обем, с вътрешни инструменти и производство със сертификат за качество.