Przewodnik po projektowaniu tłoczeń metalowych: materiał, tolerancje i formowanie

Tłoczenie metali to ekonomiczna metoda produkcji trwałych, wysoce wytrzymałych i odpornych na zużycie elementów o stabilnej i stałej wydajności.

 W tym przewodniku dzielimy się kompleksowymi spostrzeżeniami i najlepszymi praktykami, które pomogą Ci projektować elementy tłoczone, maksymalizując możliwości produkcyjne, powtarzalność i efektywność wykorzystania materiałów.

1.0Wybór materiałów na części tłoczone

Wybór odpowiedniej blachy lub taśmy jest kluczowy. Materiały różnią się znacznie ceną, dostępnością i parametrami użytkowymi. Zawsze należy brać pod uwagę zarówno właściwości mechaniczne, jak i czynniki związane z pozyskiwaniem:

• Dostępność magazynowa a niestandardowa:Standardowe rozmiary są powszechnie dostępne i należy je zamawiać priorytetowo w przypadku zastosowań, w których liczy się oszczędność lub szybka dostawa.
• Minimalne ilości: Huty stali zazwyczaj potrzebują ilości całopojazdowych dla niestandardowych grubości lub stopów. Jeśli Twoje zapotrzebowanie jest mniejsze, zaopatrzenie w magazynach może być pomocne, ale dostępność będzie zmienna.
• Opcje ponownego rzutu:Specjalistyczne firmy zajmujące się ponownym zwijaniem mogą realizować zamówienia na niewielkie ilości, ale koszty są wówczas znacznie wyższe.

Porównanie popularnych materiałów stemplowych

2.0Zagadnienia dotyczące tolerancji w tłoczeniu metali

Standardowe gatunki stali występują w grubościach o stałej grubości i określonych tolerancjach. Chociaż tolerancje można zawęzić, zazwyczaj wiąże się to ze wzrostem kosztów. Podczas określania tolerancji materiałów:

• Trzymaj się grubości zgodne ze standardami branżowymigdzie to możliwe.
• Zrozum, że wąskie tolerancje mogą ograniczać opcje zaopatrzenia, szczególnie w przypadku niestandardowych specyfikacji materiałów.
• Luźny tolerancje może pozwolić na wykorzystanie zapasów magazynowych, co pozwala na obniżenie kosztów i skrócenie czasu realizacji.

3.0Chemia materiałów: Unikaj nadmiernej specyfikacji

Jedną z głównych przyczyn zawyżonych kosztów stemplowania jest przesadne określanie stopuChociaż istnieje wiele stopów żelaza i metali nieżelaznych, tylko kilka z nich jest powszechnie dostępnych. Stopy specjalistyczne często muszą być topione na zamówienie w dużych ilościach.

• Skorzystaj z nowoczesności odlewanie ciągłe, co znacznie poprawiło spójność i ciągliwość stopu.
• Rozważ użycie magazyn przybory jeśli tylko pozwalają na to tolerancje i zastosowanie.

4.0Techniki wycinania, przycinania i perforowania

Zrozumienie powstawania otworów podczas tłoczenia

Zarządzanie zadziorami w częściach tłoczonych

Zadziory są naturalnym efektem tłoczenia, podobnym do linii podziału w formowaniu wtryskowym. Spodziewaj się wysokości zadziorów do 10% grubości materiałuMogą to być:

• Pozostawić bez zmian, do zastosowań innych niż kosmetyczne.
• Zmatowiałe lub REMOVED poprzez obróbkę masową lub procesy wtórne, jeśli zajdzie taka potrzeba.

5.0Tolerancja wymiarowa otworów i elementów

Luzy między stemplem a matrycą (zwykle 8–10% grubości materiału na stronę) powodują:

• Funkcje wewnętrzne(np. otwory) stożkowe szerszy u góry.
• Cechy zewnętrzne(np. zakładki) zwężać się węższe u dołu.

Projektanci powinni:

• Otwory wymiarowe w najmniejsza/ścinana średnica.
• Wymiar zewnętrzny elementów na największa/ścięta część.
• Używać golenie operacje na prostych krawędziach, jeśli to konieczne, za dodatkową opłatą.

Typowe tolerancje według materiału

6.0Tolerancje precyzyjnego rozmieszczenia otworów

• Przebicie w tej samej płaszczyźnie jest niezwykle dokładny: tolerancja ±0,002″ między otworami jest powszechna.
• Jeśli są dziury bliżej niż 1,5× grubości materiałulub na różne płaszczyzny, tolerancje muszą zostać poluzowane, aby uwzględnić sprężystość i odchylenia od gięcia.
• Gęsto rozmieszczone otwory może wymagać oddzielnych operacji w celu zachowania dokładności.

7.0Wytyczne dotyczące projektowania narzędzi do tłoczenia metali

8.0Gięcie i formowanie w prasach

Formowanie metali w prasy tłoczące jest operacją liniową, pionową. Formowalność materiału zależy od jego stop i hartowanie:

• Niższa temperatura = większa ciągliwość, łatwiejsze do uformowania.
• Bardziej surowy charakter = większa sprężystość, wymagające nadmierne zginanie

Zasady tworzenia reguł praktycznych:

• Łuki 90° są standardowe; bardziej złożone formy mogą wymagać dodatkowych stanowisk matrycowych lub zostać przeniesione do Maszyna do gięcia CNC do operacji postformingowych.
• Ten uformowana noga powinno być ≥2,5× grubość materiału poza promień gięcia, aby zapewnić integralność strukturalną i powtarzalność.

9.0Zarządzanie zniekształceniami i wadami zgięcia

Gdy materiał się wygina:

• Ten wewnętrzna powierzchnia ulega ściśnięciu; ten rozciąganie się powierzchni zewnętrznej.
• Może to spowodować ścieńczenie ścianek, wypukły, Lub ściśnięte rogi.

Aby to zrobić:

• Dodać otwory reliefowe u podstawy przecinających się zakrętów (np. w narożnikach pudełka).
• Konturowe wykroje aby uniknąć wybrzuszeń w newralgicznych miejscach.
• Dodaj notatki, takie jak „W tym obszarze nie wolno wybrzuszać się” w razie potrzeby na rysunkach.

10.0Wymiarowanie i tolerowanie kształtów

Bends wprowadza wiele zmiennych:

• Tolerancja grubości materiału
• Tolerancja gięcia kątowego (typowo ±1°)
• Dokładność narzędzi między stacjami

Wytyczne projektowe:

• Wymiar od wewnętrznej strony zagięć, nie od zewnętrznej krawędzi.
• Gdy elementy są umieszczone daleko od zakrętu, zmiana kątowa może powodować duże przesunięcia wymiarowe. Należy to uwzględnić przy ustalaniu tolerancji.
• Złożone formularze mogą wymagać operacje kwalifikowania lub określania wielkości aby zachować dokładność.

11.0Tłoczenie głębokie: wytyczne projektowe i procesowe

Czym jest Deep Draw?

Tłoczenie głębokie polega na przeciąganiu płaskiego wykroju przez zaokrągloną matrycę do wnęki, tworząc skorupa z zamkniętym dnem Lub kubek cylindrycznyW przeciwieństwie do formowania rozciąganego, materiał jest pociągnięty, nie rozciągnięte.

Implikacje projektowe dla głębokiego rysowania

• Ten dziurkacz musi być stożkowy, umożliwiając usunięcie części.
• Muszle będą miały naturalne zwężenie od dołu (wąsko) do góry (szeroko).
• Kierunek włókien materiału może powodować muszle nieokrągłe. A kołnierz może pomóc zachować okrągłość.
• Szczypta obcios Pozostaw częściowy promień wewnętrzny i ostrą krawędź zewnętrzną. Obróbka skrawaniem jest wymagana, jeśli cięcie na równo z powierzchnią jest kluczowe.

Określanie narysowanych powłok

Ponieważ grubość zmienia się w trakcie naciągania:

Użyj jednego z następujących:

• Początkowa grubość materiału
• Minimalna grubość ścianki
• Maksymalna grubość ścianki

Wymiar ID (średnica wewnętrzna) podczas odwoływania się do wymiarów wykrojnika.

Wymiar OD (średnica zewnętrzna) odnosząc się do produktu finalnego, należy zwrócić uwagę na naddatek na zwężenie.

12.0Płaskość w wytłoczkach metalowych

Zniekształcenia związane z materiałem

W przypadku taśm metalowych podawanych w zwojach występują dwa główne problemy:

• Zestaw cewek(wygięte wzdłużnie): często można je wyprostować przy użyciu precyzyjnej maszyny prostującej lub systemu spłaszczania wałkowego w celu skorygowania podłużnej krzywizny zwoju.
• Kusza(wygięte na szerokość): znacznie trudniejsze do usunięcia i często wpływające na ostateczną płaskość.

Zniekształcenie wywołane procesem

Naprężenia wykrawające i formujące powodują zginanie lub walcowanie krawędzi materiału, szczególnie w:

• Grubsze materiały
• Twardsze stopy (np. stal nierdzewna, stal o wysokiej wytrzymałości)

Aby zminimalizować zniekształcenia:

• Unikaj umieszczania perforacji zbyt blisko siebie Lub blisko krawędzi—pozostaw grubość ≥1,5×.
• Zachowaj dziury ≥2× grubość z dala od zagięć lub form.
• Jeśli nie jest to możliwe, zwiększ tolerancję otworu aby uwzględnić zniekształcenia.

13.0Zarządzanie kosmetyką powierzchni w częściach tłoczonych

Ślady narzędzi

Ze względu na duże siły, ślady narzędzi są nieuniknione w wielu przypadkach:

• Formowanie wycieraniapozostawia rysy na zewnętrznych zagięciach.
• Rysunek powoduje linie szokowe.
• Wybijanie i tłoczenie pozostawiają widoczne ślady nacisku.

Kreatywne projektowanie matryc i precyzyjne powierzchnie narzędziowe można je zminimalizować, szczególnie tam, gdzie wygląd kosmetyczny ma znaczenie.

14.0Obsługa i ochrona powierzchni

Większość stempli to:

• Masowo obsługiwane przez linie produkcyjne.
• Masowe wykończenie(bębnowanie, gratowanie, itp.).
• Pakowane luzem, często bez ochrony indywidualnej.

W przypadku części wrażliwych:

• Określić kosmetyk wymagania na rysunku.
• Rozważać opakowania indywidualne Lub ostateczne operacje wykończeniowe jeśli integralność powierzchni ma kluczowe znaczenie.

15.0Ostatnie myśli

Dzięki zrozumieniu i zastosowaniu tych zasad projektowania tłoczenia metali można znacząco poprawić jakość detali, obniżyć koszty produkcji i zapewnić powtarzalność procesu produkcyjnego. Niezależnie od tego, czy chodzi o wybór odpowiedniego materiału, tolerancję głębokiego tłoczenia, czy projektowanie elementów o formowalnych, współpraca z doświadczonymi inżynierami narzędziowymi i producentami przyniesie najlepsze rezultaty.

16.0Często zadawane pytania (FAQ) dotyczące projektowania tłoczeń metalowych

1. Jakie materiały najlepiej nadają się do tłoczenia metali?

Materiały powszechnie stosowane w tłoczeniu metali to stale węglowe, stale nierdzewne, aluminium, miedź i mosiądz. Najlepszy wybór zależy od wymagań danego zastosowania w zakresie wytrzymałości, formowalności, przewodności, odporności na korozję i opłacalności.

2Jak zminimalizować zadziory w metalowych elementach tłoczonych?

Zadziory są normalnym efektem ubocznym wykrawania i przekłuwania. Aby zminimalizować wysokość zadziorów:

• Użyj optymalnego odstępu między stemplem a matrycą (~8–10% grubości materiału na stronę)
• Zapewnij ostrość i konserwację narzędzi
• W przypadku zastosowań kosmetycznych należy rozważyć wtórne usuwanie zadziorów lub polerowanie

3. Jakiej typowej tolerancji mogę się spodziewać w przypadku tłoczonych części metalowych?

Standardowe tolerancje wymiarowe otworów i krawędzi często mieszczą się w granicach ±0,002 cala w zastosowaniach wymagających wysokiej precyzji. Jednak tolerancje mogą się różnić w zależności od:

• Grubość i twardość materiału
• Zużycie narzędzia i prędkość skoku
• Lokalizacja obiektów (płaskie i uformowane płaszczyzny)

4. Czy tłoczenie metali pozwala na uzyskanie złożonych kształtów 3D?

Tak. Używając matryc progresywnych i narzędzi złożonych, można uzyskać skomplikowane kształty, w tym zagięcia, przesunięcia, żaluzje i płytkie wytłoczenia. W przypadku głębszych kształtów, tłoczenie głębokie jest stosowany, chociaż powoduje pogrubienie i zwężenie ścianek.

5. Jak sprężystość materiału wpływa na dokładność gięcia?

Sprężystość jest bardziej widoczna w twardszych materiałach i przy ciasnych zagięciach. Aby to skompensować:

• Nieznacznie przegiąć kąty
• Weź pod uwagę kierunek ziarna i stopień utwardzenia materiału
• Stosuj narzędzia formujące przeznaczone do przeciwdziałania efektowi sprężynowania

6. Jaki jest minimalny odstęp między otworami w częściach tłoczonych?

Aby uniknąć zniekształceń, otwory powinny być rozmieszczone w odstępach co najmniej 1,5× grubość materiału od siebie. W przypadku otworów w pobliżu zakrętu, należy je zachować 2× grubość materiału od promienia gięcia.

7. Dlaczego moja wytłoczona część nie jest idealnie płaska?

Problemy z płaskością mogą wynikać z:

• Zestaw cewek i kusza w surowym pasku
• Nadmierne przerzedzenie materiału w pobliżu przebitych elementów
• Operacje formowania w pobliżu niepodpartych krawędzi
  Zmiana narzędzi lub operacje spłaszczania wtórnego mogą pomóc złagodzić ten problem.

8Czy części tłoczone z metalu mogą mieć jakość kosmetyczną?

Tak, ale wymagania estetyczne muszą być jasno określone na rysunku. Projekt oprzyrządowania, metody obróbki i obróbka końcowa (np. bębnowanie lub opakowanie ochronne) – wszystkie te elementy można dostosować do standardów jakości wizualnej.

9. Jaka jest różnica pomiędzy tłoczeniem głębokim a formowaniem z rozciąganiem?

• Głębokie tłoczenie wciąga materiał do wnęki powodując pogrubienie ścianek i zamknięcie dna.
• Formowanie rozciągające rozciąga arkusz na matrycy, zmniejszając grubość ścianek i zazwyczaj otwierając dno.
  Tłoczenie głębokie jest idealne do produkcji przedmiotów o dużej wytrzymałości, o zamkniętych kształtach przypominających pojemniki.

10. Jak mogę obniżyć koszty projektowania tłoczeń metalowych?

• Używaj standardowych wskaźników i powszechnie stosowanych stopów.
• Unikaj zbyt ścisłych tolerancji, chyba że jest to konieczne.
• Cechy konstrukcyjne uwzględniające możliwość produkcji (np. odstępy, promienie, długości nóg)
• Skonsultuj się z firmą zajmującą się tłoczeniem już na wczesnym etapie projektowania.

 

Odniesienia

https://www.researchgate.net/figure/Schematic-presentation-of-the-conventional-deep-drawing-process_fig1_283671332

https://www.thefabricator.com/thefabricator/article/bending/r-d-update-edge-fracture-in-hole-extrusion-and-flanging-part-i

https://aminds.com/understanding-sheet-metal-stamping-guideline-for-buyers/