Деталі для штампування — це металеві компоненти, сформовані з плоского сталевого листа або котушки шляхом пресування, штампування, згинання або витягування в пресі для штампування. Вони з’являються практично в кожному виробленому продукті — від панелей кузова автомобіля та структурних кронштейнів до корпусів приладів і промислового обладнання. Вибір правильної марки сталі є найважливішим рішенням у штампуванні сталі, оскільки він визначає здатність до формування, міцність, вартість, зварюваність і якість поверхні.
У цьому посібнику описано понад 20 найпоширеніших марок сталі, які використовуються для штампування, порівняно гарячекатаний і холоднокатаний лист, розглянуто проблеми, пов’язані з високоміцною сталлю, а також описано варіанти обробки поверхні та найкращі практики проектування для виробництва (DFM). Metal Stamping Parts Ltd щорічно обробляє тисячі тонн сталі для автомобільної, промислової та споживчої промисловості.
Вибір марки сталі для штампування
Вибір правильного сорту сталі вимагає балансу між механічними властивостями, здатністю до формування, якістю поверхні та вартістю. Наведені нижче таблиці охоплюють найпоширеніші марки у світовій індустрії штампування.
Клас холоднокатаної сталі (JIS / EN / ASTM)
| Клас (JIS) | EN Еквівалент | ASTM Еквівалент | C (%) | Mn (%) | Межа плинності (МПа) | Міцність на розрив (МПа) | Подовження (%) | r-value | Застосування |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| SPCC | DC01 | A1008 CS Тип B | ≤0.12 | ≤0.50 | 140–280 | 270–410 | ≥37 | — | Панелі загального призначення, кронштейни |
| SPCD | DC03 | A1008 CS Тип A | ≤0.10 | ≤0.45 | 140–260 | 270–390 | ≥39 | ≥1.3 | Додатки для малювання, неглибокі малюнки |
| SPCE | DC04 | A1008 DS Тип A | ≤0.08 | ≤0.40 | 120–240 | 270–370 | ≥41 | ≥1.6 | Глибока витяжка, внутрішні панелі автомобіля |
| SPCF | DC05 | A1008 DDS | ≤0.06 | ≤0.35 | 110–220 | 270–350 | ≥43 | ≥1.9 | Надглибокий малюнок, складні форми |
| SPCG | DC06 | A1008 EDDS | ≤0.02 | ≤0.25 | 100–200 | 270–330 | ≥45 | ≥2.1 | Надглибокий малюнок, відкриті панелі |
| SPFH490 | — | A1011 HSLA 50 | ≤0.12 | ≤1.60 | ≥325 | ≥490 | ≥23 | — | Структурні частини, каркаси сидінь |
| SPFH540 | — | A1011 HSLA 60 | ≤0.12 | ≤1.80 | ≥355 | ≥540 | ≥20 | — | Підсилення шасі |
Гарячекатана сталь
| Клас (JIS) | EN Еквівалент | C (%) | Межа плинності (МПа) | Міцність на розрив (МПа) | Подовження (%) | Застосування |
|---|---|---|---|---|---|---|
| SPHC | DD11 / HR1 | ≤0.15 | ≥205 | ≥270 | ≥27 | Загальні формування, некритичні частини |
| SPHD | DD12 / HR2 | ≤0.10 | — | ≥270 | ≥30 | Застосування для креслення |
| SPHE | DD13 / HR3 | ≤0.06 | — | ≥270 | ≥33 | Глибока витяжка, автомобільні конструкції |
| SS400 | S235JR | ≤0.22 | ≥205 | 400–510 | ≥21 | Конструктивні кронштейни, деталі великого калібру |
| SS490 | S275JR | ≤0.25 | ≥245 | 490–610 | ≥19 | Конструкційні компоненти для важких умов |
| SM490A | S355JR | ≤0.20 | ≥275 | 490–610 | ≥22 | Конструкційні елементи, які потребують зварюваності |
Розширений Марки високоміцної сталі (AHSS)
| Клас | Тип | Текучість (МПа) | UTS (МПа) | Подовження (%) | Радіус вигину (×t) | Застосування |
|---|---|---|---|---|---|---|
| DP590 | Двофазний | 330–410 | ≥590 | ≥20 | 1.0 | Стійкі до ударів кронштейни, посилення |
| DP780 | Двофазний | 440–560 | ≥780 | ≥14 | 1.5 | Середні стійки, бампер балки |
| DP980 | Двофазний | 600–740 | ≥980 | ≥10 | 2.5 | Підсилення конструкції |
| DP1180 | Двофазний | 850–1050 | ≥1,180 | ≥5 | 4.0 | Кронштейни надвисокої міцності |
| TRIP590 | TRIP | 380–460 | ≥590 | ≥24 | 1.0 | Енергопоглинаючі конструкції |
| TRIP780 | TRIP | 450–550 | ≥780 | ≥18 | 1.5 | Аварійні конструкції |
| CP780 | Складна фаза | 620–750 | ≥780 | ≥10 | 2.0 | Підсилення шасі |
| CP1180 | Складна фаза | 900–1100 | ≥1,180 | ≥5 | 3.5 | Протипрохідні балки |
| MS1200 | Мартенситний | 950–1150 | ≥1,200 | ≥4 | 5.0 | Підсилення бампера, дверні балки |
| FB590 | Ферит-Бейніт | 380–480 | ≥590 | ≥18 | 1.0 | Колеса, деталі шасі |
| TWIP980 | TWIP | 400–500 | ≥980 | ≥50 | 0.5 | Легкі конструкції майбутнього |
Сорти нержавіючої сталі для штампування
| Клас | Тип | Текучість (МПа) | UTS (МПа) | Подовження (%) | Магнітні? | Застосування |
|---|---|---|---|---|---|---|
| SUS304 | Аустеніт | 205 | 520 | ≥40 | Ні | Панелі приладів, харчове обладнання |
| SUS301 | Аустеніт | 205–510 | 520–1,270 | ≥40–10 | Ні | Пружини, кліпси (загартовуються) |
| SUS430 | Ферит | 205 | 450 | ≥22 | Так | Декоративна накладка, компоненти вихлопу |
| SUS410 | Мартенситний | 205 | 440 | ≥20 | Так | Столові прилади, частини клапанів |
| SUS316L | Аустеніт | 175 | 480 | ≥40 | Ні | Морські, хімічні, медичні |
Щоб отримати додаткові відомості про можливості штампування нержавіючої сталі, перегляньте наш документ штампування з нержавіючої сталі .
Гарячекатана та холоднокатана сталь: що вибрати?
Процес прокатки докорінно змінює якість поверхні сталі, точність розмірів і механічну поведінку. Наведене нижче порівняння допоможе вам вибрати правильний вихідний матеріал для вашої програми штампування зі сталі .
| Властивість | Гарячекатаний (HR) | Холоднокатаний (CR) |
|---|---|---|
| Якість поверхні | Окалина, груба (Ra 3–8) мкм) | Гладкий, чистий (Ra 0,5–1,5 мкм) |
| Допуск на товщину | ±0,10–0,15 мм | ±0,02–0,05 мм |
| Допуск по ширині | ±1,0–2,0 мм | ±0,2–0,5 мм |
| Типовий діапазон калібру | 1,6–12,0 мм | 0,4–3,2 мм |
| Межа текучості | Нижня (у прокаті) | Вища (загартована) |
| Відносне подовження | Вища | Нижча |
| Вартість тонни | На 15–25% нижче | Вища |
| Найкраще підходить для | Структурні частини, важкі кронштейни, невидимі компоненти | Видимі панелі, прецизійні деталі, дрібні та середні малюнки |
| Типові операції штампування | Виготовлення, згинання, формування | Виготовлення, витягування, формування, проколювання |
| Адгезія фарби | Потрібне видалення накипу | Чудово підходить після очищення |
Емпіричне правило: Використовуйте холоднокатаний матеріал для будь-яких видимих предметів, критичних розмірів або таких, що потребують креслення. Використовуйте гарячекатаний для конструкційних деталей, де обробка поверхні не є критичною, а товщина перевищує 3 мм.
Штампування високоміцної сталі: виклики та рішення
У міру того, як полегшена вага автомобіля спонукає до впровадження марок AHSS, штампувальники стикаються з новими викликами, з якими не можуть впоратися традиційні інструменти та процеси для виробництва м’якої сталі.
Виклик 1: Надмірна пружність
Високоміцні сталі мають співвідношення плинності до розтягування 0,65–0,90 (порівняно з 0,50–0,60 для м’якої сталі), що спричиняє значне відновлення еластичності після формування.
Рішення:
– Вигин на 2–5° залежно від рівня (компенсація методом проб і помилок або змодельована FEA).
– Використовуйте обертові інструменти для згинання, які контролюють потік матеріалу через зону згинання.
– Застосуйте сервопреси з програмованою затримкою в нижній мертвій точці, щоб зняти напругу в деталі матриці.
– Деталі дизайну з намистинами або рельєфами для фіксації форми.
Завдання 2: Прискорене зношування інструменту
Тверді мікроструктури (мартенсит, бейніт) у AHSS стирають поверхні інструментів у 3–10 разів швидше, ніж м’яка сталь.
Рішення:
– Використовуйте інструментальну сталь D2 або DC53 з PVD покриттям (TiAlN або CrN) для помірних обсягів.
– Перейдіть на твердосплавні пластини або інструментальні сталі PM (порошкова металургія) (ASP-23, VANADIS 4E) для великосерійного виробництва.
– Збільште зазор матриці до 10–12% товщини матеріалу (проти 5–7% для м’якої сталі).
– Застосуйте суху плівку або мастило під високим тиском, щоб зменшити тертя.
Завдання 3: Вимоги до зварювання
Марки AHSS вимагають ретельного контролю параметрів зварювання, щоб уникнути розм’якшення зони термічного впливу (HAZ).
Рішення:
– Використовуйте контактне точкове зварювання з адаптивним керуванням струмом.
– Оптимізуйте силу електрода та час утримання для кожного класу.
– Розгляньте лазерне зварювання для стикових з’єднань, де контроль ЗТВ є критичним.
– Перевірте міцність зварного шва відповідно до стандартів AWS D8.1M або OEM.
Завдання 4: Розтріскування при малих радіусах
DP і мартенситні марки мають обмежене подовження (4–14%), що робить вигини з малим радіусом схильними до розтріскування.
Рішення:
– розрахунковий мінімальний радіус вигину ≥ 2 × товщина матеріалу для DP780; ≥ 4× для DP1180.
– Орієнтуйте вигини перпендикулярно напрямку прокатки, коли це можливо.
– Використовуйте гаряче формування (200–300 °C) для найвимогливіших геометрій.
– Розгляньте індивідуальні зварні заготовки — використовуйте AHSS лише там, де потрібна міцність, і м’яку сталь у сформованій зоні.
Варіанти обробки поверхні для сталевих штампованих деталей
Обробка поверхні захищає від корозії, покращує зовнішній вигляд і покращує адгезію фарби. У таблиці нижче порівнюються чотири найпоширеніші варіанти штампованих сталевих деталей.
| Лікування | Процес | Вага / товщина покриття | Стійкість до сольових бризок (годин) | Адгезія фарби | Зварюваність після обробки | Відносна вартість | Типове застосування |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Електрооцинковане (EG) | Електроосадження цинку | 5–15 мкм | 200–500 | Відмінно | Добре | Низький-Середній | Автомобільні відкриті панелі |
| Гаряче оцинковане (GI) | Занурення в розплавлений цинк | 45–90 г/м² (з обох сторін) | 300–1,000 | Добре (після обробки) | Задовільний | Середній | Панелі приладів, HVAC, будівництво |
| Фосфатування (залізо або цинк) | Хімічна конверсія | 1–3 мкм | 50–150 | Відмінно | Добре | Дуже низький | Попередня обробка всіх сталевих частин |
| Електропокриття (e-coat) | Електрофоретична фарба | 15–25 мкм | 500–1,000 | Н/Д (це фарба) | Погано | Середній | Днище автомобіля, кронштейни |
| Dacromet / Geomet | Цинк-алюмінієва луска | 6–10 мкм | 500–1,000+ | Задовільний | Задовільний | Середній-Високий | Кріплення, деталі підвіски, стійкі до корозії |
| Порошкове покриття | Електростатичний спрей + запікання | 60–80 мкм | 1,000+ | Н/Д (це обробка) | Н/З | Середній | Зовнішнє обладнання, меблі, корпуси |
Посібник з вибору:
– Для автомобільних відкритих поверхонь класу А: EG + e-coat + верхнє покриття.
– Для структурних частин у корозійних середовищах: GI або Dacromet.
– Для недорогих внутрішніх кронштейнів: фосфат + порошкове покриття.
– Для кріпильних елементів з високою корозією: Dacromet або Geomet.
Поради DFM для деталей зі сталевим штампуванням
Принципи проектування для виробництва зменшують вартість штампу, покращують якість деталей і скорочують час виконання. Застосовуйте ці вказівки на етапі розробки концепції, щоб уникнути дорогих переглядів матриці пізніше.
Правила геометрії
- Мінімальний радіус вигину: 0,5× товщина матеріалу для м’якої сталі CR; 1,0–4,0× для AHSS (залежно від ступеня).
- Мінімальний діаметр отвору: ≥ товщина матеріалу; ≥ 2× товщина для отворів у зонах розтяжних фланців.
- Мінімальна ширина фланця: ≥ 3× товщина матеріалу + радіус вигину.
- Відстань від надрізу до згину: ≥ товщина матеріалу + радіус згину для запобігання викривленню.
- Орієнтація слота: перпендикулярно лінії згину, щоб уникнути розриву.
Вказівки щодо допуску
| Характеристика | Досяжний допуск | З додатковими операціями |
|---|---|---|
| Порожній профіль | ±0,05–0,10 мм | ±0,02 мм (тонка обробка або стружка) |
| Положення отвору | ±0,05 мм | ±0,02 мм (після механічної обробки) |
| Кут вигину | ±1° | ±0,25° (пресогальмівний прес з ЧПУ) |
| Площинність | 0,2 мм/100 мм | 0,05 мм/100 мм (штампування + проклейка) |
| Крайовий бор | ≤ 0,10 мм | ≤ 0,03 мм (зняття задирок) |
Оптимізація матеріалів і витрат
- Стандартизуйте розмір деталей у збірці, щоб зменшити кількість матеріалів.
- Ефективно вставляти деталі на стрічку — 60–75% використання матеріалу є типовим для прогресивних штампів; нижче 55% вимагає перепроектування.
- Подумайте про об’єднання кількох деталей в одну штамповану збірку, щоб зменшити кількість деталей і операції з’єднання.
- Указуйте обробку поверхні лише там, де це необхідно — вибіркове покриття або локальне покриття заощаджує кошти.
- Використовуйте основи , що таке штампування металу , щоб вибрати між прогресивною матрицею, матрицею перенесення або тандемною лінією залежно від обсягу та складності.
Часті запитання
Яка різниця між сталлю SPCC і SPCE для штампування?
SPCC — холоднокатана сталь загального призначення з максимальним вмістом вуглецю 0,12%, придатна для простих згинів і неглибоких витяжок. SPCE має нижчу межу вмісту вуглецю (≤0,08%), менший вміст марганцю (≤0,40%) і значно вищу подовження (≥41% проти ≥37%), що робить його набагато кращим для операцій глибокої витяжки. SPCE також має гарантоване значення r (коефіцієнт пластичної деформації) ≥1,6, що означає, що він стійкий до потоншення під час розтягування. Використовуйте SPCC для кронштейнів і плоских деталей; використовуйте SPCE, коли деталь вимагає глибокої витяжки або складного формування.
Коли для штампування слід використовувати гарячекатану сталь замість холоднокатаної?
Вибирайте гарячекатану сталь, якщо деталь є конструкційною, а не косметичною, товщина перевищує 3,2 мм (за межами більшості доступних холоднокатаних виробів), жорсткі допуски на розміри не потрібні або вартість є основним фактором. Гарячекатана сталь коштує на 15-25% дешевше за тонну і має більш високе подовження, що допомагає при згинанні та формуванні товстих профілів. Однак його поверхня прокатної окалини потребує струменя або травлення перед фарбуванням, а допуски на товщину становлять ±0,10–0,15 мм проти ±0,02–0,05 мм для холоднокатаного.
Як запобігти появі тріщин під час штампування вдосконаленої високоміцної сталі?
Розтріскування в AHSS зазвичай відбувається при радіусі вигину, який є занадто малим для здатності сорту до подовження. Для DP590 проектні радіуси вигину ≥ 1 × товщина матеріалу; для DP780, ≥ 1,5 ×; для DP980, ≥ 2,5 ×; і для мартенситних марок (MS1200), товщина ≥ 5×. Орієнтуйте вигини перпендикулярно напрямку прокатки, використовуйте мастила під високим тиском і розгляньте можливість гарячого формування (200–300 °C) для найвимогливіших геометрій. Запуск FEA моделювання перед конструюванням матриці завчасно визначає ризики розтріскування.
Яка обробка поверхні найкраща для зовнішніх сталевих штампованих деталей?
Для тривалого зовнішнього впливу гаряче цинкування (GI) забезпечує найкраще співвідношення ціни та захисту з 300–1000 годинами стійкості до соляного бризки залежно від ваги покриття. Для деталей, які потребують декоративного покриття, порошкове покриття на фосфатованій поверхні забезпечує чудову корозійну стійкість (понад 1000 годин соляного спрею) із можливістю вибору кольору та текстури. Цинк-алюмінієві лускаті покриття Dacromet або Geomet ідеально підходять для кріпильних елементів і невеликих деталей, де є проблема однорідності товщини покриття та ризику водневої крихкості.
Який хороший коефіцієнт використання матеріалу для прогресивного штампування сталі?
Коефіцієнт використання матеріалу 60–75% вважається хорошим для прогресивного штампування сталевих деталей. Коефіцієнти нижче 55% свідчать про те, що макет деталей слід переглянути для оптимізації вкладення — загальні покращення включають обертання орієнтації деталей, спільні лінії обрізки між суміжними частинами або зміну геометрії несучої смуги. Для простих прямокутних деталей можливе використання понад 75%. Будь-який обрізок слід оцінювати для вторинного використання менших деталей з тієї самої стрічки.
Висновок
Успішне штампування сталі починається з підбору марки відповідно до застосування. М’яка сталь (SPCC–SPCE) економно обробляє більшість деталей загального призначення, тоді як марки AHSS (DP, TRIP, CP, MS) забезпечують співвідношення міцності та ваги, яке вимагає автомобільне та промислове застосування, за рахунок жорсткішого контролю процесу та міцнішого інструменту. Вибір обробки поверхні, допуски та принципи DFM також визначають, чи забезпечує штампована сталева деталь надійну роботу за конкурентоспроможною ціною.
Готові обговорити ваш наступний проект штампування сталі? Зв’яжіться з Metal Stamping Parts Ltd для інженерної підтримки, рекомендацій щодо вибору матеріалів і конкурентоспроможної пропозиції виробництва.