13 Consideraciones de Diseño Mecánico para Piezas de Estampado Metálico
El proceso de estampado metálico es un proceso de fabricación versátil utilizado para producir grandes volúmenes de piezas metálicas personalizadas de manera eficiente y rentable. Sin embargo, para aprovechar los beneficios de los servicios de estampado metálico, las piezas deben diseñarse correctamente teniendo en cuenta el estampado. Aquí discutiremos los principios y consideraciones críticas de diseño mecánico para diseñar piezas para estampado metálico.
Selección de Material
El material utilizado para el estampado metálico impacta significativamente en el diseño de la pieza. Materiales dúctiles como acero de bajo carbono, acero inoxidable, aluminio y latón se estampan comúnmente. El espesor de la chapa típicamente varía de 0.5 mm a 3 mm para la mayoría de estampados. En algunos casos, se pueden estampar materiales más gruesos de hasta 6 mm.
Al seleccionar el material, considere factores como:
- Resistencia y dureza requeridas
- Resistencia a la corrosión necesaria
- Propiedades magnéticas
- Peso y densidad
- Conformabilidad y capacidad para doblarse sin fracturarse
- Costo y disponibilidad
Comprender la conformabilidad, flexibilidad y comportamiento de flexión del material seleccionado es crucial en la etapa de diseño. Se recomienda consultar tempranamente con el ingeniero de estampado de Neway sobre la selección de material.
Espesor de Pared y Tolerancias
Un espesor de pared uniforme, en parte, produce los estampados más consistentes. Las variaciones de espesor aumentarán las tasas de desperdicio y harán que las piezas sean más propensas a fracturarse durante el estampado.
Para la mayoría de aceros de bajo carbono, una tolerancia de espesor de pared de ±0.1 mm es fácilmente alcanzable para estampados. Tolerancias más ajustadas de hasta ±0.05 mm son posibles pero pueden requerir controles de proceso adicionales.
Consideración del Retorno Elástico
El retorno elástico es la recuperación elástica del metal después del conformado y está influenciado por el grado del material, dureza, geometría de la pieza y orientación del grano. La cantidad de retorno elástico debe compensarse en el diseño del troquel doblando la pieza en exceso.
El radio interior de doblado es el factor más crítico para controlar el retorno elástico. Las proporciones mínimas de radio de doblado relativas al espesor del material son comunes:
- Aleaciones de aluminio - 1:1
- Acero de bajo carbono - 0.5:1
- Acero inoxidable - 1:1
Ángulos de Desmoldeo y Holguras
Se deben diseñar ángulos de desmoldeo suficientes en la geometría de la pieza para una holgura adecuada del troquel y liberación de la pieza. Los requisitos estándar de ángulo de desmoldeo son:
- Acero de bajo carbono - 2-3° de desmoldeo por lado
- Acero inoxidable - 4-6° por lado
- Aleaciones de aluminio - 3-5° por lado
Las embuticiones más profundas necesitan ángulos de desmoldeo más altos. Un desmoldeo insuficiente puede provocar que las piezas se atasquen en el troquel. También se deben hacer concesiones para cualquier recubrimiento o plateado que aumente el espesor de la pieza.
Radios de Doblado y Embutición
Controlar el radio interior de doblado es crítico para lograr piezas de calidad. Radios más ajustados aumentan el endurecimiento por deformación y el riesgo de agrietamiento. La guía estándar de radio interior mínimo para estampados metálicos es:
- Acero de bajo carbono - Espesor x 0.5
- Acero inoxidable - Espesor x 1
- Aleaciones de aluminio - Espesor x 1
Las piezas embutidas más profundas requieren radios más generosos en el punto de máxima profundidad. Usar radios de troquel estándar simplificará el diseño y construcción del troquel. Los radios típicamente se especifican comenzando desde el tamaño estándar más pequeño por encima del mínimo y aumentando en incrementos de 0.5 mm o 1 mm.
Agujeros, Ranuras y Tolerancias
La ubicación y diseño de cualquier agujero y ranura en la pieza debe considerar las limitaciones del proceso de estampado.
Para la precisión de ubicación de agujeros, las tolerancias esperadas son:
- ±0.5 mm cuando el agujero está hasta 150 mm del datum
- ±0.8 mm para agujeros de 150 mm a 300 mm del datum
Se prefieren anchos de ranura amplios sobre longitudes de ranura largas para controlar la precisión de posicionamiento. La longitud de la ranura no debe exceder 3 veces el ancho.
La ubicación de agujeros y ranuras debe evitar, siempre que sea posible, áreas de estampado altamente deformadas. Ayuda a mantener la precisión dimensional y reduce el agrietamiento por tensión alrededor de los agujeros. Radios de filete generosos donde los agujeros se encuentran con ángulos internos reducen aún más la tensión.
Puentes y Nervaduras
Las tiras estrechas de material entre agujeros o espacios amplios son propensas a desgarrarse o fracturarse durante el estampado. Los anchos mínimos de nervadura relativos al espesor del material deben ser:
- Acero de bajo carbono - 8x espesor del material
- Acero inoxidable - 10-12x espesor
- Aluminio - 14x espesor
Puentes más anchos deben conectar islas de material cerradas y aisladas a las áreas principales circundantes. Usar lengüetas con muescas en lugar de puentes sólidos es otra estrategia para mejorar el flujo de material.
Protuberancias y Celosías Estampadas
Las bridas, jefes, puntos de fijación y celosías que sobresalen deben estar generosamente redondeados y mezclarse suavemente con la geometría base. De lo contrario, estas áreas serán propensas a agrietarse o partirse durante el conformado.
Se deben seguir las pautas de radio de doblado mínimo para pequeñas protuberancias. Las protuberancias más prominentes pueden requerir refuerzos más pesados en la base y transiciones graduales hacia las paredes circundantes.
Líneas de Partición
Los troqueles de estampado están diseñados para separarse a lo largo de líneas de partición para expulsar las piezas terminadas. Las piezas deben orientarse para permitir una única dirección de partición recta sin ningún socavado.
Se deben mantener superficies constantes y suaves a lo largo de las líneas de partición. Escalones, huecos y superficies irregulares impedirán el funcionamiento adecuado del troquel. Cualquier texto o gráficos en la superficie de la pieza también deben evitar el área de la línea de partición.
Insertos y Herrajes Estampados
Los accesorios como insertos roscados, sujetadores y bisagras pueden agregarse a los estampados en operaciones secundarias. Se debe hacer concesión para la holgura del herraje, puntos de inserción y características de acceso para el ensamblaje.
Las áreas que recibirán insertos deben tener suficiente espesor de pared local. Los agujeros para tornillos autorroscantes requieren un diámetro de holgura extra sobre el tamaño de la rosca para tener en cuenta el desplazamiento del material.
Consideraciones de Herramental
El estampado requiere una inversión inicial en herramental para la fabricación del troquel. El impacto en el costo y tiempo de entrega del herramental debe considerarse tempranamente al diseñar las piezas.
Los diseños que minimizan las operaciones de troquel requeridas, el mecanizado especializado y el pulido o texturizado extenso simplificarán el herramental. Los radios de tamaño estándar y la variación mínima en las geometrías de doblado también mantienen bajos los costos de herramental.
Procesamiento Posterior
Muchos estampados se someten a procesamiento adicional como soldadura, PVD, pintura en polvo, tratamiento térmico o ensamblaje. Los diseños deben acomodar el espacio necesario para plantillas y dispositivos de sujeción utilizados en operaciones posteriores.
El espesor del plateado o recubrimiento puede aumentar las dimensiones de la pieza. Puede ser difícil mantener tolerancias ajustadas en piezas recubiertas, por lo que la tolerancia debe asignarse en consecuencia. Se necesitan puntos de DRENAJE y acceso para los líquidos aplicados durante el plateado o recubrimiento.
Colaboración Temprana con el Socio de Estampado
La validación con su socio de estampado debe ocurrir temprano en el proceso de diseño para evitar rediseños extensivos. Las empresas con experiencia en estampado pueden evaluar la conformabilidad, analizar transiciones críticas y recomendar modificaciones antes de que comience el herramental. Esta colaboración es vital para diseñar piezas optimizadas y rentables que aprovechen todas las capacidades del estampado metálico.
Resumen
Los estampados bien diseñados aprovechan al máximo el proceso mientras minimizan problemas de fabricación como agrietamiento, retorno elástico y errores dimensionales. Las consideraciones principales incluyen:
- Selección y propiedades del material
- Uniformidad del espesor de pared
- Radios interiores de doblado y ángulos de desmoldeo
- Profundidades de embutición y holguras
- Ubicación de agujeros y ranuras
- Concesiones para puentes, nervaduras y herrajes
- Línea de partición y calidad superficial
- Impacto de la complejidad del herramental
- Requisitos de procesamiento secundario
Incorporar estas mejores prácticas y otras resultará en diseños de estampado con tiempos de entrega reducidos, calidad mejorada y costos generales más bajos. Una colaboración temprana efectiva entre diseñadores y socios de estampado experimentados hace que diseñar para estampado sea más sencillo. Con el enfoque de diseño correcto, el estampado metálico proporciona una forma rápida y confiable de producir piezas metálicas personalizadas complejas y duraderas a escala.
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