Виготовлення — одна з найважливіших операцій у штампуванні металу. Він перетворює плоский листовий метал або рулонну продукцію на окремі частини — так звані заготовки — шляхом зрізання матеріалу вздовж замкнутого контуру за допомогою пуансона та матриці. Незалежно від того, виробляєте ви кронштейни, корпуси, електричні контакти чи автомобільні панелі, процес штампування закладає основу для геометрії деталей, якості кромок і подальших операцій формування.
Цей посібник охоплює механіку штампування, її відмінності від штампування, основні доступні методи штампування, стратегії використання матеріалів, стратегії, типові дефекти та їх виправлення, а також необхідні розрахунки тоннажу для вибору преси.
Що таке процес гасіння?
У штампуванні металу штампування — це операція різання, під час якої бажана деталь вирізається з аркуша та падає через отвір матриці як готова деталь. Навколишній матеріал — скелет або павутина — стає брухтом. Це визначальна характеристика, яка відокремлює штампування від штампування (проколювання), де видалений кусок є брухтом, а лист зберігає отвір.
Як працює зріз
Коли пуансон опускається й торкається листового металу, зріз проходить через чотири окремі фази:
- Пружна деформація — Матеріал трохи стискається під наконечником пуансона; ще не відбувається постійної зміни форми.
- Пластична деформація — Пуансон проникає в матеріал, ініціюючи поліровану (гладку) смугу зрізу на стороні, найближчій до пуансона.
- Злам — Тріщини виникають на ріжучих краях пуансона та матриці та поширюються всередину. Там, де зустрічаються дві зони руйнування, матеріал роз’єднується.
- Відділення — Заготовка очищає отвір матриці. Виштовхувальні штифти або знімачі виштовхують деталь або скелет.
Отриманий поперечний переріз порожньої деталі показує чотири характерні зони: перекидання (смуга зсуву вгорі), зона полірування (гладка вертикальна смуга), зона зламу (нерівна кутова поверхня) і задирка (тонка, гостра губа на нижньому краю).
Зазор: найважливіший параметр
Зазор між різальною кромкою пуансона та ріжучою кромкою матриці, виміряний на кожній стороні, безпосередньо контролює якість кромки, висоту задирок і довговічність інструменту.
| Зазор на кожну сторону (% товщини матеріалу) | Типовий результат |
|---|---|
| 3–5 % | Щільне прилягання; мінімальне перекидання; підвищений знос пуансона; використовується для точного штампування |
| 5–8 % | Стандарт для більшості сталей; хороший коефіцієнт вигорання до руйнування |
| 8–12 % | Більший зазор; більші перекиди та задирки; менший тоннаж; підходить для м'яких алюмінієвих сплавів |
| > 12 % | Надмірні задирки та деформація; загалом неприйнятний для виробництва |
Емпіричне правило: Для м’якої сталі (товщиною до 3 мм) використовуйте 5–7 % зазору на кожну сторону. Для алюмінію 6–8 %; для нержавіючої сталі 7–10 %. Завжди звертайтеся до вказівок щодо конкретних матеріалів і випробовуйте зразки заготовок, перш ніж використовувати виробничі інструменти.
Напрямок задирок при обробці передбачуваний: задирок завжди утворюється на стороні брухту — стороні, протилежній пуансону. Тому під час штампування задирок знаходиться на нижньому краю готової заготовки (сторона матриці). Якщо на певній поверхні потрібен край без задирок, розташуйте деталь у матриці відповідно.
Бланк чи пробивання (пірсинг): у чому різниця?
Терміни часто плутають, але механічне розрізнення є простим:
| Характеристика | Бланк | Пробивання (пірсинг) |
|---|---|---|
| Гол | Виготовте вирізану частину як готову деталь | Зробіть отвір у аркуші; слимак - це брухт |
| Корисна частина | Шматок, який провалюється через матрицю | Лист, який залишається на матриці |
| Профіль матриці | Сформований відповідно до контуру деталі | Круглий або сформований відповідно до геометрії отвору |
| Профіль пуансона | Слідує контуру деталі (трохи менший через зазор) | Відповідає формі отвору |
| Лом | Скелет (павутинка), що залишився на смузі | Вибитий слимак |
| Типове застосування | Плоскі заготовки, кронштейни, прокладки, прокладки | Монтажні отвори, вентиляційні отвори, вирізи для доступу |
В прогресивне штампування, обидві операції часто відбуваються на одній смузі на різних станціях — штампування на кінцевій станції, штампування на попередніх.
Типи гасіння: порівняння
Не всі операції гасіння дають однакові результати. Вибір методу залежить від допусків деталей, вимог до якості краю, обсягу виробництва та обмежень щодо вартості.
Звичайне гасіння (стандартне гасіння)
Найпоширеніший спосіб. Один пуансон прорізає матеріал зі стандартним зазором (5–8 % на кожну сторону). Зони зламу з боку пуансона та матриці зустрічаються під кутом, утворюючи видиму лінію зламу на кромці різу.
- Допуски: ± 0,1 – 0,3 мм (типово для сталі)
- Обробка країв: Середня; зона вигорання = 30–50 % товщини матеріалу
- Швидкість: Висока; 100–800+ SPM на високошвидкісних пресах
- Вартість: низька вартість інструменту; найнижча вартість за деталь при великому обсязі
- Найкраще підходить для: Деталі загального призначення, де оброблений край не є критичною поверхнею
Тонка обробка (прецизійна обробка)
Тонка обробка використовує прес потрійної дії: a V-подібне кільце (стінгер) робить відступи в листі, щоб запобігти потоку матеріалу, прокладка протитиску утримує заготовку рівною, а пуансон опускається з дуже вузьким зазором (0,5–1 % на кожну сторону). Результатом є повністю зрізаний край із майже 100% поліруванням і мінімальним перекидом.
- Допуски: ± 0,02 – 0,05 мм
- Обробка країв: Відмінно; 90–100% вороніння; висота задирок < 0,05 мм
- Швидкість: Нижня; 20–80 SPM
- Вартість: висока вартість інструменту; необхідний спеціалізований прес
- Найкраще підходить для: Заготовки шестерень, зірочки, компоненти автомобільних сидінь, деталі, що вимагають якості механічної обробки без вторинних операцій
Прогресивне штампування (Прогресивне штампування)
Заготівля формується за допомогою кількох станцій на одній прогресивній матриці, кожна з яких виконує певну операцію (пробивання направляючих отворів, насічення, формування та, нарешті, штампування). Смуга індексується вперед на крок, що дорівнює інтервалу між станціями.
- Допуски: ± 0,05 – 0,15 мм (залежно від станції)
- Обробка країв: Те саме, що стандартне для станції бланкування; може включати формування та карбування
- Швидкість: 100–1000+ SPM
- Вартість: Висока вартість штампу; найнижча вартість за деталь при дуже великих обсягах (> 100 000 деталей)
- Найкраще підходить для: Складні деталі великого обсягу; компоненти, які потребують кількох операцій за один прохід
Таблиця порівняння
| Параметр | Звичайне гасіння | Тонка обробка | Прогресивне гасіння |
|---|---|---|---|
| Якість країв | 30–50 % полірування | 90–100 % полірування | 30–50 % полірування (станція гасіння) |
| Розмірний допуск | ± 0,1–0,3 мм | ± 0,02–0,05 мм | ± 0,05–0,15 мм |
| Висота задирок | 5–15 % товщини | < 3 % товщини | 5–15 % товщини |
| Тип преса | Механічний/гідравлічний | Гідравлічний потрійної дії | Високошвидкісний механічний |
| Діапазон SPM | 100–800+ | 20–80 | 100–1000+ |
| Товщина матеріалу | 0,3–12 мм | 0,5–16 мм | 0,3–6 мм |
| Вартість інструменту | Низький–середній | Високий | Високий |
| Вартість за частину | Низький | Середній–високий | Дуже низький (великий обсяг) |
| Найкращий діапазон обсягу | 10,000–500,000+ | 5,000–500,000 | 100 000–мільйонів |
Використання матеріалу та оптимізація розміщення
Вартість матеріалу зазвичай становить 50–70 % від загальної вартості штампованої деталі. Оптимізація макета бланка (розкладка) на смузі є одним із найважливіших заходів у бланку.
Ключові стратегії вкладення
- Вкладення рядків — Частини, вирівняні прямими рядами по ширині смуги. Простий дизайн; використання зазвичай 55–70 %.
- Розташування в шаховому порядку — чергування рядків зі зміщенням на половину кроку. Збільшує використання на 5–15 % порівняно з розміщенням рядків для прямокутних або подовжених деталей.
- Ротаційне вкладення — Деталі повертаються під оптимальними кутами (часто 30°, 45° або настроюваними), щоб максимально збільшити кількість деталей на смужку. Неправильні форми виграють найбільше від цього підходу.
- Заготовка загальної лінії — Сусідні частини мають одну лінію розрізу, усуваючи смугу між ними. Може збільшити використання на 10–20%, але вимагає ретельного проектування інструментів і може збільшити знос матриці на спільному краю.
- Заготовка без брухту (без скелета) — Використовується для безперервних смуг ідентичних частин (наприклад, електричних контактів), де скелет мінімізований або виключений.
Як розрахувати використання матеріалу
Використання матеріалу (%) = (загальна порожня площа на смугу / площа поперечного перерізу смуги) × 100
Або еквівалентно:
Використання (%) = (Кількість пропусків на штрих × Одна порожня область) / (Ширина смуги × Крок) × 100
Цільове використання 70–85 % є досяжним для більшості геометрій із належним вкладенням. Нижче 60% вимагає переробки інструментів або компонування.
Практичні поради
- Залучайте інженерів-інструментів завчасно — невелике налаштування геометрії (додавання радіуса, коригування кута) може розблокувати більш ефективне гніздо.
- Враховуйте обмеження щодо ширини рулонів — стандартні рулони шириною (наприклад, 300 мм, 600 мм, 1000 мм) можуть забезпечувати кращу ціну, ніж ширина щілин на замовлення.
- Використовуйте програмне забезпечення для вкладання (наприклад, Sigmanest, Lantek, AP100) для складних форм, щоб швидко оцінити десятки кутів орієнтації.
Поширені дефекти заготовки та їх вирішення
Навіть добре сплановані операції заготовки можуть спричинити дефекти. У таблиці нижче наведено найпоширеніші проблеми, їх першопричини та дії щодо їх усунення.
| Дефект | Зовнішній вигляд | Основна причина | Рішення |
|---|---|---|---|
| Надмірна задирка | Гострий, піднятий край порожнього краю | Зношені ріжучі кромки; надмірний кліренс; занадто м’який матеріал | Повторно заточіть пуансон і матрицю; зменшити кліренс; використовуйте твердішу інструментальну сталь або покриття |
| Перекидання (перекидання з боку матриці) | Вигнуте поглиблення на краю входу заготовки | Надмірний зазор; недостатнє утримання матеріалу; м'який матеріал | Затягнути зазор; збільшити силу заглушки; додати V-подібне кільце для тонкої обробки |
| Шорсткість зони зламу | Зубчаста, нерівна смуга зламу | Зазор занадто великий (тріщини не стикаються чітко); неправильний напрямок волокон матеріалу | Оптимізація кліренсу; поворот орієнтації деталі відносно напрямку прокатки |
| Розтріскування краю | Тріщини, що поширюються від заготовленого краю в деталь | Крихкість матеріалу; сторона задирок під натягом при подальшому формуванні; гострий заготовлений край діє як ініціатор тріщин | Зніміть задирки перед формуванням; орієнтуйте борт стороною до зони стиснення; використовуйте тонку заготовку для критичних країв |
| Варіація розмірів | Невідповідний розмір заготовки в виробничій серії | Знос інструменту; прогин преса; неузгодженість подачі стрічки | Виконайте планове обслуговування інструменту; перевірити вирівнювання преса; перевірте точність механізму подачі |
| Скручування / дужка | Деформація заготовки або скручування після заготовки | Нерівний зазор; асиметрична геометрія пуансона; залишкова напруга в рулоні | Повторно відцентрувати пуансон і матрицю; перевірити паралельність інструменту; матеріал для зняття напруги перед штампуванням |
| Витягування снаряда | Снаряд із брухту втягується в матрицю під час руху вгору | Вакуум під пуансоном; недостатнє зусилля знімача; недостатній зазор | Додайте вакуумні розривні отвори; збільшити тиск пружини знімача; нанесіть покриття, що утримують скупчення, на поверхню пуансона |
| Заїдання | Розмазування матеріалу на поверхні пуансона/ матриці | Адгезія між інструментом і деталлю; недостатнє мастило; неправильна марка інструментальної сталі | Нанесіть покриття TiN/CrN; використовувати твердосплавний інструмент; збільшити швидкість потоку мастила |
| Відколювання матриці | Невеликі тріщини на різальній кромці матриці | Ударна втома; неправильна твердість штампової сталі; занадто малий зазор для твердого матеріалу | Використовуйте міцнішу сталь для штампу (наприклад, перехід від D2 до M2); додати конус входу до матриці; оптимізувати зазор |
Розрахунок тоннажу для заготовки
Правильний розрахунок необхідного тоннажу преса має важливе значення для вибору правильного преса та уникнення проблем з недостатньою або надмірною тоннажністю (дефекти деталей, пошкодження преса або марна витрата енергії).
Стандартна формула
Сила гасіння (тонни) = (Периметр × Товщина × Міцність на зсув) / 2000
Де:
– Периметр = загальна довжина контур розрізу (дюйми)
– Товщина = товщина матеріалу (дюйми)
– Міцність на зсув = міцність на зсув матеріалу (PSI)
– 2000 = коефіцієнт перерахунку (2000 фунтів = 1 тонна)
Метрична версія
Сила гасіння (кН) = Периметр (мм) × Товщина (мм) × Міцність на зсув (МПа) / 1000
Довідкові значення міцності на зсув
| Матеріал | Міцність на розрив (MPA) | Приблизна міцність на зсув (MPa) |
|---|---|---|
| М'яка сталь (AISI 1008–1020) | 300–420 | 250–350 |
| Нержавіюча сталь (304) | 515–620 | 400–500 |
| Алюміній 5052-H32 | 228–275 | 150–185 |
| Алюміній 6061-T6 | 290–310 | 200–220 |
| Мідь C11000 | 210–380 | 170–250 |
| Латунь C26000 | 300–400 | 220–300 |
Наконечник: Як консервативне емпіричне правило, міцність на зсув ≈ 0,6 × міцність на розрив для більшості пластичних металів.
Додавання запасу безпеки
Завжди додавайте коефіцієнт безпеки 20–30 %, щоб врахувати:
- Варіації властивостей матеріалу (від нагріву до нагріву)
- Затуплений інструмент між повторним заточуванням
- Зсув під час подачі стрічки, що спричиняє часткове розрізи
- Одночасні операції формування (у поєднанні з обробкою)
Приклад розрахунку: Виготовлення прямокутної заготовки 100 мм × 50 мм з м’якої сталі 2 мм (міцність на зріз = 300 МПа):
Периметр = 2 × (100 + 50) = 300 мм
Сила = 300 × 2 × 300 / 1000 = 180 кН
З 25 % запас міцності: 180 × 1,25 = 225 кН ≈ 23 тонни
Зменшення тоннажу: кути зсуву
Додавання кута зсуву (переднього кута) до пуансона або матриці розміщує контактну лінію по всьому матеріалу, зменшуючи піковий тоннаж шляхом розподілу розрізу в часі. Кут зсуву 1°–3° на кожну сторону (еквівалент 5–15 % товщини матеріалу по всій поверхні штампу) може зменшити максимальну вантажопідйомність на 30–50 % без впливу на геометрію заготовки.
Найкращі методи виготовлення заготовок
- Укажіть сторону задирок на кресленні. Оскільки напрямок задирок можна передбачити під час штампування, додайте його до креслення деталі, щоб оператори правильно орієнтували матрицю.
- Розклад технічного обслуговування інструменту за кількістю ходів. Зношення краю поступове; заплануйте повторне заточування кожні 50 000–200 000 ударів (залежно від матеріалу та покриття), а не чекайте видимих дефектів.
- Використовуйте інструменти з покриттям для абразивних матеріалів. Покриття TiN, TiAlN і CrN можуть подовжити термін служби інструменту в 2–5 разів при обробці нержавіючої сталі, високоміцних низьколегованих (HSLA) або оцинкованих заготовок.
- Контроль площинності котушки. Хвиляста або вигнута смуга спричиняє непостійний зазор поперек розрізу, що призводить до змінної висоти задирок і розміру заготовки. За потреби вирівняйте смужку перед станцією заготовки.
- Відстежуйте вагу бланка як проксі-сервер якості. Зважування зразка заготовок кожну зміну є швидкою неруйнівною перевіркою на дрейф розмірів або знос інструменту.
Часті запитання
Яка різниця між заготовкою та різанням листового металу?
Заготівля – це спеціальна операція ножиць, коли вибитий шматок є бажаною частиною, а аркуш навколо стає брухтом. Різання — це ширший термін, який включає оброблення, штампування, обрізання та різання. У штампуванні отвір матриці відповідає формі деталі; при пробиванні (проколюванні) матриця відповідає формі отвору, а снаряд викидається.
Як розраховується зазор?
Зазор виражається у відсотках від товщини матеріалу, виміряної на кожній стороні між різальними кромками пуансона та матриці. Наприклад, для сталі товщиною 2 мм і зазором 6 % на кожну сторону зазор становить 0,12 мм з кожного боку. Формула така: зазор на сторону = товщина матеріалу × (зазор % / 100). Типові значення коливаються від 3–12 % залежно від вимог до матеріалу та якості.
Для чого використовується тонке гасіння?
Тонка обробка використовується, коли деталь вимагає повного зрізу, майже без задирок, без вторинної механічної обробки. Звичайні сфери застосування включають заготовки шестерень, зірочки, компоненти крісел автомобільних сидінь і прецизійні плоскі деталі, де якість кромок безпосередньо впливає на функціонування або збірку. Тонка обробка дає кромки з 90–100 % вигорілістю та висотою задирок менше 0,05 мм.
Як зменшити висоту задирок у штампуванні?
Щоб зменшити висоту задирок: (1) заточіть або замініть зношені кромки пуансона та матриці, (2) оптимізуйте зазор до 5–7 % на сторону для більшості сталей, (3) використовуйте інструменти з покриттям або твердосплавні інструменти, щоб довше підтримувати гостроту кромок, (4) забезпечте належне утримання матеріалу, щоб запобігти підйому листа під час різання, і (5) розгляньте можливість тонкої заготовки, якщо застосування вимагає майже нульового заусенця.
Який тоннаж преса мені потрібен для штампування?
Обчисліть тоннаж за формулою: Сила = (Периметр × Товщина × Міцність на зсув) / 1000 (у кН, метрична система) або / 2000 (у тоннах, британська система). Завжди додавайте 20–30 % коефіцієнт безпеки. Наприклад, штампування деталі розміром 100 мм × 50 мм із м’якої сталі 2 мм потребує приблизно 225 кН (23 тонни). Прес також повинен мати достатню довжину ходу, розмір станини та швидкість відповідно до ваших виробничих вимог.
Потрібні деталі з прецизійним штампуванням, розроблені відповідно до ваших вимог? Зв’яжіться з штамповані металеві деталі , щоб обговорити ваші вимоги до штампування — від прототипу до великосерійного виробництва, із власним інструментом і сертифікованим виробництвом.