13 конструктивных соображений для деталей из металлической штамповки

Процесс металлической штамповки — это универсальный производственный процесс, используемый для эффективного и экономичного изготовления больших объемов нестандартных металлических деталей. Однако, чтобы в полной мере воспользоваться преимуществами услуг металлической штамповки, детали должны быть правильно спроектированы с учетом штамповки. Здесь мы обсудим ключевые конструктивные принципы и соображения при проектировании деталей для металлической штамповки.

Выбор материала

Материал, используемый для металлической штамповки, существенно влияет на конструкцию детали. Обычно штампуют пластичные материалы, такие как низкоуглеродистая сталь, нержавеющая сталь, алюминий и латунь. Толщина листа для большинства штамповок обычно составляет от 0,5 мм до 3 мм. В некоторых случаях можно штамповать более толстые материалы до 6 мм.

При выборе материала учитывайте такие факторы, как:

- Требуемая прочность и твердость

- Необходимая коррозионная стойкость

- Магнитные свойства

- Вес и плотность

- Формуемость и способность к изгибу без разрушения

- Стоимость и доступность

Понимание формуемости, гибкости и поведения при изгибе выбранного материала имеет решающее значение на этапе проектирования. Рекомендуется заранее проконсультироваться с инженером по штамповке Neway по выбору материала.

Толщина стенки и допуски

Равномерная толщина стенки, в частности, обеспечивает наиболее стабильные штамповки. Изменения толщины увеличат процент брака и сделают детали более склонными к растрескиванию во время штамповки.

Для большинства низкоуглеродистых сталей допуск на толщину стенки ±0,1 мм легко достижим для штамповок. Более жесткие допуски до ±0,05 мм возможны, но могут потребовать дополнительного контроля процесса.

Учет пружинения

Пружинение — это упругое восстановление металла после формовки, на которое влияют марка материала, твердость, геометрия детали и ориентация зерна. Величину пружинения необходимо компенсировать при проектировании штампа путем перегиба детали.

Внутренний радиус изгиба является наиболее критическим фактором для контроля пружинения. Распространены следующие минимальные соотношения радиусов изгиба относительно толщины материала:

- Алюминиевые сплавы - 1:1

- Низкоуглеродистая сталь - 0,5:1

- Нержавеющая сталь - 1:1

Углы съема и зазоры

В геометрию детали должны быть заложены достаточные углы съема для правильного зазора штампа и извлечения детали. Стандартные требования к углу съема:

- Низкоуглеродистая сталь - 2-3° съема на сторону

- Нержавеющая сталь - 4-6° на сторону

- Алюминиевые сплавы - 3-5° на сторону

Более глубокие вытяжки требуют больших углов съема. Недостаточный угол съема может привести к заклиниванию деталей в штампе. Также следует предусмотреть допуски на любые покрытия или гальванизацию, которые увеличат толщину детали.

Радиусы изгиба и вытяжки

Контроль внутреннего радиуса изгиба имеет решающее значение для получения качественных деталей. Более малые радиусы увеличивают деформационное упрочнение и риск растрескивания. Стандартные рекомендации по минимальному внутреннему радиусу изгиба для металлических штамповок:

- Низкоуглеродистая сталь - Толщина x 0,5

- Нержавеющая сталь - Толщина x 1

- Алюминиевые сплавы - Толщина x 1

Для более глубоких вытянутых деталей требуются более щедрые радиусы в точке максимальной глубины. Использование стандартных радиусов штампа упростит его проектирование и изготовление. Радиусы обычно указываются, начиная с наименьшего стандартного размера выше минимального, с увеличением с шагом 0,5 мм или 1 мм.

Отверстия, пазы и допуски

Размещение и конструкция любых отверстий и пазов в детали должны учитывать ограничения процесса штамповки.

Для точности расположения отверстий ожидаемые допуски составляют:

- ±0,5 мм, когда отверстие находится на расстоянии до 150 мм от базовой точки

- ±0,8 мм для отверстий на расстоянии от 150 мм до 300 мм от базовой точки

Для контроля точности позиционирования предпочтительны широкие пазы, а не длинные. Длина паза не должна превышать 3-кратную ширину.

Размещение отверстий и пазов по возможности должно избегать областей с высокой деформацией при штамповке. Это помогает сохранить точность размеров и снижает напряжение и растрескивание вокруг отверстий. Щедрые радиусы скругления в местах соединения отверстий с внутренними углами дополнительно снижают напряжение.

Перемычки и ребра жесткости

Узкие полоски материала между отверстиями или широкими промежутками склонны к разрыву или разрушению во время штамповки. Минимальная ширина перемычки относительно толщины материала должна быть:

- Низкоуглеродистая сталь - 8x толщина материала

- Нержавеющая сталь - 10-12x толщины

- Алюминий - 14x толщины

Более широкие перемычки должны соединять закрытые изолированные участки материала с окружающими основными зонами. Использование просеченных язычков вместо сплошных перемычек — еще одна стратегия для улучшения течения материала.

Штампованные выступы и жалюзи

Выступающие фланцы, бобышки, точки крепления и жалюзи должны иметь щедрые радиусы скругления и плавно переходить в основную геометрию. В противном случае эти области будут склонны к растрескиванию или расщеплению во время формовки.

Для небольших выступов следует соблюдать рекомендации по минимальному радиусу изгиба. Более крупные выступы могут потребовать усиленного ребра жесткости у основания и плавных переходов в окружающие стенки.

Линии разъема

Штампы проектируются так, чтобы разделяться по линиям разъема для извлечения готовых деталей. Детали должны быть ориентированы таким образом, чтобы обеспечить одно прямое направление разъема без каких-либо поднутрений.

Вдоль линий разъема должны поддерживаться постоянные и гладкие поверхности. Ступеньки, зазоры и неровные поверхности будут препятствовать правильной работе штампа. Любой текст или графика на поверхности детали также должны избегать области линии разъема.

Штампованные вставки и крепежные элементы

Такие элементы, как резьбовые вставки, крепежные детали и петли, могут быть добавлены к штамповкам во вторичных операциях. Следует предусмотреть допуски на зазоры для крепежа, точки вставки и элементы доступа для сборки.

Области, предназначенные для вставок, должны иметь достаточную локальную толщину стенки. Отверстия для самонарезающих винтов требуют дополнительного диаметра зазора по сравнению с размером резьбы для учета смещения материала.

Соображения по оснастке

Штамповка требует первоначальных инвестиций в оснастку для изготовления штампа. Влияние на стоимость оснастки и сроки поставки следует учитывать на раннем этапе при проектировании деталей.

Конструкции, которые минимизируют требуемые операции штампа, специальную механическую обработку и обширную полировку или текстурирование, упростят оснастку. Стандартные радиусы и минимальные вариации геометрии изгибов также позволяют снизить затраты на оснастку.

Последующая обработка

Многие штамповки проходят дополнительную обработку, такую как сварка, PVD, порошковое покрытие, термообработка или сборка. Конструкции должны предусматривать пространство, необходимое для приспособлений и оснастки, используемых в последующих операциях.

Толщина гальванического или другого покрытия может увеличить размеры детали. Соблюдение жестких допусков на деталях с покрытием может быть затруднено, поэтому допуски следует распределять соответствующим образом. Для жидкостей, наносимых во время гальванизации или нанесения покрытия, необходимы точки дренажа и доступа.

Раннее сотрудничество с партнером по штамповке

Валидация с вашим партнером по штамповке должна происходить на ранних этапах процесса проектирования, чтобы избежать обширных переделок. Компании, имеющие опыт в штамповке, могут оценить формуемость, проанализировать критические переходы и порекомендовать изменения до начала изготовления оснастки. Это сотрудничество жизненно важно для проектирования оптимизированных, экономически эффективных деталей, которые в полной мере используют возможности металлической штамповки.

Резюме

Хорошо спроектированные штамповки в полной мере используют преимущества процесса, сводя к минимуму производственные проблемы, такие как растрескивание, пружинение и размерные ошибки. К основным соображениям относятся:

- Выбор материала и его свойства

- Равномерность толщины стенки

- Внутренние радиусы изгиба и углы съема

- Глубины вытяжки и зазоры

- Размещение отверстий и пазов

- Перемычки, ребра жесткости и допуски на крепеж

- Линия разъема и качество поверхности

- Влияние сложности оснастки

- Требования к последующей обработке

Внедрение этих и других передовых практик приведет к созданию конструкций для штамповки с сокращенными сроками поставки, улучшенным качеством и более низкими общими затратами. Эффективное раннее сотрудничество между конструкторами и опытными партнерами по штамповке делает проектирование для штамповки более простым. При правильном подходе к проектированию металлическая штамповка обеспечивает быстрый и надежный способ крупносерийного производства сложных и долговечных нестандартных металлических деталей.

Индивидуальные услуги штамповки от Neway

Сделайте это правильно с металлообработкой от Neway

Более 30 лет компания Neway предлагает полный спектр услуг по точной обработке листового металла. Их возможности включают лазерную резку, плазменную резку, штамповку, гибку, сварку и сборку. Многолетний опыт Neway и сквозные услуги гарантируют вам получение высококачественных нестандартных металлических деталей. Дополнительным преимуществом являются их бесплатные образцы деталей для валидации конструкции перед запуском всего производственного цикла. Для экспертной металлообработки, которой можно доверять, выбирайте Neway.