Podstawy tłoczenia metali
Tłoczenie metali to proces produkcyjny stosowany do przekształcania płaskich arkuszy blachy w określone kształty.Jest to złożony proces, który może obejmować wiele technik formowania metalu – między innymi wykrawanie, wykrawanie, gięcie i przekłuwanie.
Na całym świecie działają tysiące firm oferujących usługi tłoczenia metali w celu dostarczania komponentów dla przemysłu motoryzacyjnego, lotniczego, medycznego i innych. W miarę ewolucji rynków globalnych wzrasta zapotrzebowanie na szybko produkowane duże ilości skomplikowanych części.
Poniższy przewodnik ilustruje najlepsze praktyki i wzory powszechnie stosowane w procesie projektowania tłoczenia metali oraz zawiera wskazówki, jak uwzględnić w częściach kwestie związane z redukcją kosztów.
Podstawy stemplowania
Tłoczenie — zwane także prasowaniem — polega na umieszczeniu płaskiej blachy w formie zwoju lub półwyrobu w prasie do tłoczenia.W prasie narzędzie i powierzchnia matrycy formują metal w pożądany kształt.Wykrawanie, wykrawanie, gięcie, kucie, wytłaczanie i wyginanie to techniki tłoczenia stosowane do kształtowania metalu.
Zanim materiał będzie mógł zostać uformowany, specjaliści zajmujący się tłoczeniem muszą zaprojektować oprzyrządowanie za pomocą technologii inżynieryjnej CAD/CAM.Projekty te muszą być tak precyzyjne, jak to możliwe, aby zapewnić, że każdy stempel i zagięcie zachowują odpowiedni luz, a tym samym optymalną jakość części.Model 3D pojedynczego narzędzia może zawierać setki części, dlatego proces projektowania jest często dość skomplikowany i czasochłonny.
Po ustaleniu projektu narzędzia producent może skorzystać z różnych usług obróbki skrawaniem, szlifowania, obróbki elektroerozyjnej i innych usług produkcyjnych, aby ukończyć produkcję.
Rodzaje tłoczenia metali
Istnieją trzy główne typy technik tłoczenia metali: progresywne, czterosuwowe i głębokie tłoczenie.
Progresywne tłoczenie
Progresywne tłoczenie matrycowe obejmuje wiele stacji, każda z unikalną funkcją.
Najpierw taśma metalowa jest podawana przez progresywną prasę do tłoczenia.Pasek rozwija się stopniowo ze zwoju do prasy matrycowej, gdzie każde stanowisko narzędzia wykonuje następnie inne cięcie, wykrawanie lub zginanie.Działania każdej kolejnej stacji sumują się z pracą poprzednich stacji, dając w rezultacie ukończoną część.
Producent może być zmuszony wielokrotnie zmieniać narzędzie na jednej prasie lub zajmować kilka pras, z których każda wykonuje jedną czynność wymaganą dla ukończonej części.Nawet przy użyciu wielu pras często wymagane były dodatkowe usługi obróbki, aby naprawdę ukończyć część.Z tego powodu progresywne tłoczenie jest idealnym rozwiązaniemczęści metalowe o złożonej geometriispotkać:
- Szybszy obrót
- Niższe koszty pracy
- Krótsza długość biegu
- Wyższa powtarzalność
Tłoczenie czteroslizgowe
Cztery slajdy lub wiele slajdów obejmuje wyrównanie poziome i cztery różne slajdy;innymi słowy, do kształtowania przedmiotu obrabianego wykorzystywane są jednocześnie cztery narzędzia.Proces ten umożliwia wykonywanie skomplikowanych cięć i skomplikowanych zagięć w celu opracowania nawet najbardziej skomplikowanych części.
Tłoczenie metalu metodą Fourslide może mieć kilka zalet w porównaniu z tradycyjnym tłoczeniem na prasie, co czyni go idealnym wyborem do wielu zastosowań.Niektóre z tych zalet obejmują:
1. Wszechstronność w przypadku bardziej złożonych części
2.Większa elastyczność zmian projektowych
Jak sama nazwa wskazuje, czterosuwak ma cztery prowadnice — co oznacza, że można użyć maksymalnie czterech różnych narzędzi, po jednym na prowadnicę, aby uzyskać wiele zagięć jednocześnie.Gdy materiał jest podawany do czterosuwaka, jest on szybko zaginany przez każdy wał wyposażony w narzędzie.
Głębokie tłoczenie
Głębokie tłoczenie polega na wciągnięciu półwyrobu z blachy do matrycy za pomocą stempla i uformowaniu go w odpowiedni kształt.Metodę tę nazywa się „głębokim tłoczeniem”, gdy głębokość ciągnionej części przekracza jej średnicę.Ten rodzaj formowania idealnie nadaje się do tworzenia komponentów wymagających kilku serii średnic i stanowi opłacalną alternatywę dla procesów toczenia, które zazwyczaj wymagają użycia większej ilości surowców.Typowe zastosowania i produkty wykonane z głębokiego tłoczenia obejmują:
1. Komponenty samochodowe
2. Części samolotu
3.Przekaźniki elektroniczne
4.Naczynia i naczynia kuchenne
Głębokie tłoczenie
Głębokie tłoczenie polega na wciągnięciu półwyrobu z blachy do matrycy za pomocą stempla i uformowaniu go w odpowiedni kształt.Metodę tę nazywa się „głębokim tłoczeniem”, gdy głębokość ciągnionej części przekracza jej średnicę.Ten rodzaj formowania idealnie nadaje się do tworzenia komponentów wymagających kilku serii średnic i stanowi opłacalną alternatywę dla procesów toczenia, które zazwyczaj wymagają użycia większej ilości surowców.Typowe zastosowania i produkty wykonane z głębokiego tłoczenia obejmują:
1. Komponenty samochodowe
2. Części samolotu
3.Przekaźniki elektroniczne
4.Naczynia i naczynia kuchenne
Tłoczenie krótkoseryjne
Krótkoseryjne tłoczenie metali wymaga minimalnych początkowych wydatków na narzędzia i może być idealnym rozwiązaniem w przypadku prototypów lub małych projektów.Po utworzeniu półfabrykatu producenci wykorzystują kombinację niestandardowych komponentów narzędzi i wkładek matrycowych do gięcia, dziurkowania lub wiercenia części.Niestandardowe operacje formowania i mniejsze serie mogą skutkować wyższą opłatą za sztukę, ale brak kosztów oprzyrządowania może sprawić, że krótkie serie będą bardziej opłacalne w przypadku wielu projektów, szczególnie tych wymagających szybkiej realizacji.
Narzędzia produkcyjne do stemplowania
Produkcja tłoczenia metalu składa się z kilku etapów.Pierwszym krokiem jest zaprojektowanie i wyprodukowanie rzeczywistego narzędzia użytego do stworzenia produktu.
Przyjrzyjmy się, jak tworzone jest to początkowe narzędzie:Układ i projekt paska magazynowego:Projektant używa do zaprojektowania taśmy i określenia wymiarów, tolerancji, kierunku podawania, minimalizacji złomu i innych.
Obróbka stali narzędziowej i zestawu matryc:CNC zapewnia wyższy poziom precyzji i powtarzalności nawet najbardziej skomplikowanych matryc.Sprzęt taki jak 5-osiowe frezarki CNC i drut mogą przecinać hartowaną stal narzędziową z wyjątkowo wąskimi tolerancjami.
Przetwarzanie wtórne:Obróbka cieplna jest stosowana do części metalowych w celu zwiększenia ich wytrzymałości i zwiększenia trwałości w zastosowaniu.Szlifowanie służy do wykańczania części wymagających wysokiej jakości powierzchni i dokładności wymiarowej.
Drut EDM:Obróbka elektroerozyjna drutu kształtuje materiały metalowe za pomocą naładowanego elektrycznie pasma drutu mosiężnego.Drut EDM może wycinać najbardziej skomplikowane kształty, w tym małe kąty i kontury.
Procesy projektowania tłoczenia metali
Tłoczenie metali to złożony proces, który może obejmować szereg procesów formowania metalu — wykrawanie, wykrawanie, gięcie i przekłuwanie i inne.Wygaszanie:Proces ten polega na wycięciu zgrubnego zarysu lub kształtu produktu.Na tym etapie chodzi o minimalizowanie i unikanie zadziorów, które mogą podnieść koszt części i wydłużyć czas realizacji.Na tym etapie określa się średnicę otworu, jego geometrię/zbieżność, odstęp pomiędzy krawędziami otworu i wstawia pierwsze przekłucie.
Pochylenie się:Projektując zagięcia wytłoczonej części metalowej, ważne jest, aby uwzględnić wystarczającą ilość materiału — pamiętaj o zaprojektowaniu części i jej półwyrobu w taki sposób, aby było wystarczająco dużo materiału do wykonania zagięcia.Kilka ważnych czynników, o których należy pamiętać:
1. Jeżeli zagięcie zostanie wykonane zbyt blisko otworu, może ulec deformacji.
2. Wycięcia i wypustki oraz szczeliny należy projektować o szerokości co najmniej 1,5x grubości materiału.Jeśli zostaną zmniejszone, ich utworzenie może być trudne ze względu na siłę wywieraną na stemple, powodującą ich pękanie.
3. Każdy narożnik pustego projektu powinien mieć promień stanowiący co najmniej połowę grubości materiału.
4. Aby zminimalizować występowanie i intensywność zadziorów, w miarę możliwości unikaj ostrych narożników i skomplikowanych wycięć.Jeśli nie da się uniknąć takich czynników, pamiętaj o zanotowaniu kierunku zadziorów w swoim projekcie, aby można było je uwzględnić podczas tłoczenia
Wybijanie:Dzieje się tak, gdy krawędzie tłoczonej części metalowej są uderzane w celu spłaszczenia lub złamania zadziorów;może to spowodować znacznie gładszą krawędź w obszarze uformowanym geometrii części;może to również zwiększyć wytrzymałość zlokalizowanych obszarów części, co można wykorzystać w celu uniknięcia procesów wtórnych, takich jak gratowanie i szlifowanie.Kilka ważnych czynników, o których należy pamiętać:
Plastyczność i kierunek usłojenia– Plastyczność jest miarą trwałego odkształcenia, któremu ulega materiał pod wpływem siły.Metale o większej plastyczności są łatwiejsze do formowania.Kierunek ziaren jest ważny w przypadku materiałów o wysokiej wytrzymałości, takich jak metale ulepszone cieplnie i stal nierdzewna.Jeśli zagięcie przebiega wzdłuż włókien o dużej wytrzymałości, może być podatne na pękanie.
Zniekształcenie/wybrzuszenie zgięcia:Wybrzuszenie spowodowane zniekształceniem zgięcia może sięgać nawet ½ grubości materiału.W miarę wzrostu grubości materiału i zmniejszania się promienia zgięcia, zniekształcenie/wybrzuszenie staje się poważniejsze.Sieć nośna i „niedopasowane” cięcie:Dzieje się tak wtedy, gdy wymagane jest bardzo lekkie nacięcie lub wybicie na części, które zwykle ma głębokość około 0,005 cala.Ta funkcja nie jest konieczna w przypadku stosowania oprzyrządowania złożonego lub transferowego, ale jest wymagana w przypadku korzystania z oprzyrządowania z matrycą progresywną.
Niestandardowa część tłoczona do ważnego sprzętu monitorującego w branży medycznej
Klient z branży medycznej zwrócił się do MK z prośbą o wykonanie niestandardowego stempla metalowego na części, która miałaby służyć jako sprężyna i osłona elektroniki w niezbędnym sprzęcie monitorującym w medycynie.
1. Potrzebowali pudełka ze stali nierdzewnej z zatrzaskami sprężynowymi i mieli problem ze znalezieniem dostawcy, który zapewniłby wysokiej jakości projekt w przystępnej cenie i w rozsądnym terminie.
2. Aby spełnić wyjątkowe życzenie klienta dotyczące platerowania tylko jednego końca części, a nie całej części, nawiązaliśmy współpracę z wiodącą w branży firmą zajmującą się cynowaniem, która była w stanie opracować zaawansowany, selektywny proces galwanizacji z jedną krawędzią.
Firma MK była w stanie spełnić złożone wymagania projektowe, stosując technikę układania materiałów, która pozwoliła nam wyciąć wiele półwyrobów jednocześnie, ograniczając koszty i skracając czas realizacji.
Tłoczone złącze elektryczne do zastosowań w okablowaniu i kablach
1. Projekt był bardzo złożony;osłony te miały być stosowane jako kable łańcuchowe w kanałach elektrycznych w podłodze i pod podłogą;dlatego też ta aplikacja z natury posiadała ścisłe ograniczenia dotyczące rozmiaru.
2. Proces produkcyjny był skomplikowany i kosztowny, ponieważ niektóre zadania klienta wymagały całkowicie ukończonej pokrywy, a inne nie, co oznaczało, że firma AFC tworzyła części z dwóch części i w razie potrzeby spawała je ze sobą.
3. Pracując z przykładową osłoną złącza i jednym narzędziem dostarczonym przez klienta, nasz zespół w MK był w stanie przeprowadzić inżynierię wsteczną części i jej narzędzia.Na tej podstawie zaprojektowaliśmy nowe narzędzie, które mogliśmy zastosować w naszej 150-tonowej prasie do tłoczenia progresywnego Bliss.
4. Pozwoliło nam to wyprodukować część w jednym kawałku z wymiennymi komponentami, zamiast produkować dwie oddzielne części, jak to robił klient.
Pozwoliło to na znaczne oszczędności — 80% w porównaniu z kosztem zamówienia składającego się z 500 000 części — a także skrócenie czasu realizacji do czterech tygodni, a nie 10.
Niestandardowe tłoczenie samochodowych poduszek powietrznych
Klient z branży motoryzacyjnej potrzebował metalowej przelotki o wysokiej wytrzymałości i odporności na ciśnienie do stosowania w poduszkach powietrznych.
1. Przy naciągu o wymiarach 34 mm x 18 mm x 8 mm przelotka musiała zachować tolerancję 0,1 mm, a proces produkcyjny był niezbędny, aby uwzględnić wyjątkowe rozciąganie materiału nieodłącznie związane z ostatecznym zastosowaniem.
2. Ze względu na unikalną geometrię przelotki nie można było wyprodukować przy użyciu prasy transferowej, a jej głębokie tłoczenie stanowiło wyjątkowe wyzwanie.
Zespół MK zbudował 24-stanowiskowe narzędzie progresywne, aby zapewnić prawidłowy rozwój naciągu i zastosował stal DDQ z powłoką cynkową, aby zapewnić optymalną wytrzymałość i odporność na korozję.Tłoczenie metali można wykorzystać do tworzenia skomplikowanych części dla wielu gałęzi przemysłu.Chcesz dowiedzieć się więcej na temat różnych niestandardowych zastosowań tłoczenia metali, nad którymi pracowaliśmy?Odwiedź naszą stronę ze studiami przypadków lub skontaktuj się bezpośrednio z zespołem MK, aby omówić swoje unikalne potrzeby z ekspertem.
