Usługa tłoczenia dużych części: tam, gdzie fizyka staje się brzydka

Co kwalifikuje się jako duża część w tłoczeniu

Kiedytłoczony element metalowyprzekroczyć granicę od terytorium „standardowego” do terytorium „dużej części”? W branży stale mówi się o tłoczeniu metali ciężkich, choć rzadko wyznacza wyraźną granicę. Jeśli szukasz usługi tłoczenia dużych części, potrzebujesz twardych liczb, zanim w ogóle zaczniesz oceniać wykonalność.

Definiowanie dużych części w procesie tłoczenia

Część ogólnie kwalifikuje się jako „duża” przy tłoczeniu matrycowym, gdy przekracza 24 cale w dowolnym pojedynczym wymiarze lub gdy wymaga łoża prasy większego niż 72 cale, aby pomieścić oprzyrządowanie. Jednak same wymiary nie mówią wszystkiego. Grubość materiału odgrywa decydującą rolę: części wytłoczone z magazynu o grubości powyżej 3 mm (około 0,120 cala) trafiają na obszar dużych grubości, gdzie fizyka formowania ulega dramatycznym zmianom. Według przeglądu Worthy Hardware dotyczącego tłoczenia wielkogabarytowego, w procesie tym zazwyczaj stosuje się materiały o grubości od 0,079 cala do 0,5 cala, a czasem nawet grubsze, co wymaga pras zdolnych wywrzeć siłę kilkuset ton.

Waga też ma znaczenie. Kiedy gotowy półfabrykat lub uformowany element przekracza to, co operator może bezpiecznie ustawić ręcznie, masz do czynienia z częściami, które wymagają mechanicznej obsługi, przenoszenia za pomocą robota lub dedykowanej automatyzacji. Pomyśl o postępowych, tłoczonych częściach samochodowych, takich jak pełnej-szyny ramy, poprzeczki konstrukcyjne lub duże zespoły wsporników. Elementy te w stanie gotowym mogą ważyć od 10 do ponad 100 funtów.

Dlaczego rozmiar części zmienia wszystko

Wyobraź sobie podwojenie śladu wytłoczonej części. Nie tylko podwoiłeś wyzwanie. Pokomplikowałeś to. Przepływ materiału staje się trudniejszy do kontrolowania na większej powierzchni. Utrzymanie płaskości 36-calowego blanku wymaga równomiernego rozkładu nacisku, którego mniejsze części nigdy nie wymagają. Dokładność rejestracji, zdolność do utrzymywania każdej stacji formującej w jednej linii odniesienia, pogarsza się wraz ze wzrostem wymiarów półfabrykatu.

W przypadku automatycznego tłoczenia metali inżynierowie projektujący linie do progresywnego tłoczenia komponentów samochodowych codziennie borykają się z problemami związanymi ze skalowaniem. Wspornik błotnika o szerokości 8 cali zachowuje się przewidywalnie. Skaluj tę koncepcję do pełnego panelu konstrukcyjnego, a każdy stos tolerancji-, każda zmiana sprężynowania i każda niespójność podawania taśmy wzmacniają się w większej geometrii.

Oto, co odróżnia standardowe tłoczenie od-pracy z dużymi częściami na poziomie praktycznym:

• Pusta obsługa- Duże blanki wymagają dedykowanych systemów podawania, kołysek cewek dostosowanych do cięższych cewek i serwomechanizmów o dłuższych skokach
• Zapotrzebowanie tonażowe- Skala wymagań dotyczących siły, uwzględniająca zarówno długość obwodu (do operacji cięcia), jak i powierzchnię (do formowania), zwiększając wymagania prasy do zakresu od 400 do 1,100+ ton
• Waga matrycy- Wielkoformatowe-matryce mogą ważyć kilka ton, co wymaga dostępu do suwnicy i specjalistycznych procedur wymiany matryc
• Ograniczenia szerokości pasków- Matryce progresywne do dużych części wymagają szerszego asortymentu kręgów, co ogranicza dostępnych dostawców i wydłuża czas realizacji dostaw materiałów
• Złożoność operacji wtórnej- Gratowanie, kontrola i obsługa wytłoczek o dużych rozmiarach wymagają-zwiększonego sprzętu i powierzchni

Obsługa tłoczenia matrycowego dla dużych części nie jest po prostu większą wersją standardowego tłoczenia. To inna dyscyplina inżynierii, w której wydajność prasy, zachowanie materiału i konstrukcja oprzyrządowania krzyżują się w sposób wymagający specjalistycznej wiedzy. Prawdziwym pytaniem nie jest to, czy część może być stemplowana. Zależy to od tego, czy proces formowania, sprzęt i ekonomika są dostosowane do tej konkretnej skali.

Jak tłoczenie matrycowe działa inaczej w przypadku dużych części

Zasady oprzyrządowania nie zmieniają się po powiększeniu wytłoczonej części. Zmienia się to, jak brutalnie te zasady karzą cię za ignorowanie szczegółów.Progresywne tłoczenie metaluna 6-calowym wsporniku jest wybaczający. Uruchom tę samą logikę procesu na 36-calowym elemencie konstrukcyjnym, a każda niespójność podawania, każde ugięcie paska i każdy błąd rejestracji zwielokrotniają się na znacznie większym obszarze roboczym.

Zrozumienie różnic mechanicznych pomiędzy metodami produkcji na dużą skalę nie jest akademickie. Od niej zależy, czy dana część w ogóle będzie możliwa do wykonania i czy względy ekonomiczne uzasadniają takie podejście.

Jak matryce progresywne radzą sobie z komponentami o dużych rozmiarach

Progresywne tłoczenie metalu łączy wszystkie stanowiska formujące w jednym zestawie matryc, przy czym każda część pozostaje połączona z oryginalnym paskiem za pomocą nośnika aż do końcowego stanowiska odcięcia. W przypadku dużych części tworzy to kaskadę wyzwań, z którymi mniejsze prace nigdy się nie spotykają.

Pierwszym problemem jest wysokość. Podziałka to odległość, jaką taśma musi pokonać pomiędzy każdym skokiem prasy, i odpowiada bezpośrednio długości części w kierunku podawania. Część o długości 30 cali w kierunku podawania wymaga co najmniej 30 cali podziałki plus materiał nośny łączący stacje. Pomnóż to przez osiem lub dziesięć stanowisk formujących, a otrzymasz matrycę o rozpiętości 20 stóp lub więcej. JakSeria podstaw matrycy Fabrykatorazauważa, że ​​matryce progresywne wymagają wszystkich niezbędnych stanowisk zamontowanych na jednym wspólnym zestawie matryc, ustawionych czasowo i sekwencjonowanych dla stałej odległości podawania. Na dużą skalę ten pojedynczy zestaw matryc staje się ogromnym,-precyzyjnym narzędziem.

Karmienie paskowe wprowadza kolejny poziom trudności. Cięższe cewki, często o szerokości od 36 do 60 cali, wymagają systemów serwo podawania o większej sile uciągu i dłuższym skoku. Waga cewki szybko rośnie. Cewka ze stali o grubości 4 mm i grubości 4 mm o standardowej średnicy zewnętrznej może z łatwością przekroczyć 10 000 funtów, co wymaga-odwijaków o dużej wytrzymałości, prostownic napędzanych i przewodów zasilających zaprojektowanych z myślą o tej masie. Dokładność podawania w długich seriach produkcyjnych pogarsza się w miarę zmniejszania się średnicy cewki i zmiany naprężenia taśmy, dlatego system podawania wymaga kompensacji w czasie rzeczywistym, aby utrzymać tolerancję podziałki przez tysiące cykli.

Rejestracja jest trzecim krytycznym czynnikiem. Matryce progresywne do dużych części wykorzystują kołki prowadzące umieszczone w-wcześniej wywierconych otworach, aby zablokować położenie paska na każdej stacji. Jednak szersze paski są bardziej podatne na dryf boczny, falowanie krawędzi i wygięcie. Jeśli pasek przesuwa się nawet o kilka tysięcznych na szerokości 40- cali, skumulowany wpływ na lokalizację elementów na dalszych stacjach może wypchnąć części poza tolerancję. Niezbędne stają się większe piloty, ciaśniejsze pasowanie tulei i dodatkowe mechanizmy prowadnic bocznych.

Wynik? Usługi progresywnego tłoczenia dużych komponentów wymagają nie tylko większych pras, ale także kompletnego ekosystemu podawania i prowadzenia, odpowiednio skalowanego.

Alternatywy dla transferu i linii tandemowej

Kiedy geometria części staje się zbyt duża, aby mogła pozostać przymocowana do paska nośnego, lub gdy sekwencja formowania wymaga obracania lub odwracania części pomiędzy operacjami, praktyczną drogą do przodu staje się tłoczenie matrycowe.

Systemy transferowe oddzielają część od dowolnego materiału w postaci paska. Poszczególne półfabrykaty są rozbierane, podawane na pierwszą stację, a następnie mechanicznie przenoszone z matrycy na matrycę za pomocą szyn wyposażonych w palce chwytające. WedługMagazyn poświęcony formowaniu metaliprasy transferowe są zazwyczaj wyposażone w ramy o prostych-bokach, z co najmniej dwoma korbowodami, o udźwigu od 300 do ponad 3000 ton i podporach o długości przekraczającej 275 cali, umożliwiających umieszczenie wszystkich stacji.

Dwuosiowe systemy przenoszenia-przesuwają części do przodu od stacji do stacji. Systemy trzy-osiowe dodają podnośnik pionowy, podnosząc części i umieszczając je precyzyjnie w granicach pomiaru obwodowego. Ta trzecia oś ma kluczowe znaczenie w przypadku-głęboko ciągnionych dużych części, skorup i komponentów, które wymagają zmiany położenia pomiędzy operacjami. Jak wyjaśnia Standard Die International, tłoczenie matrycowe umożliwia manipulowanie częściami pod różnymi kątami w stanie swobodnym, umożliwiając operacje takie jak wycięcia, żebra i gwintowanie, których matryce progresywne po prostu nie są w stanie wykonać w przypadku dużych geometrii.

Linie pras tandemowych pogłębiają tę modułowość. Zamiast wielu stacji pod jedną prowadnicą, linia tandemowa wykorzystuje oddzielną prasę dla każdej operacji matrycy, zazwyczaj od czterech do sześciu pras ustawionych sekwencyjnie. Prasa prowadząca obsługuje rozciągnięcie główne, podczas gdy prasy podążające wykonują operacje przycinania, przekłuwania, zginania i ponownego uderzania. Ta konfiguracja pasuje do części zbyt dużych lub zbyt skomplikowanych geometrycznie, aby nawet prasa transferowa mogła je obsłużyć w jednej ramie.

Linie tandemowe reprezentują górną granicę usług progresywnego tłoczenia metali w przypadku ponadgabarytowych paneli samochodowych i elementów konstrukcyjnych. Największe instalacje charakteryzują się podporami o wymiarach 4500 na 2500 mm lub większymi, a prasy ołowiowe przekraczają 2000 ton. Częstotliwość skoków waha się od 6 skoków na minutę w standardowych napędach mechanicznych do 18 lub więcej skoków na minutę przy użyciu pras serwomechanicznych w trybie pracy ciągłej.

Niektóre zakłady posiadają kombinowane linie pras, które mogą pracować jako standardowa prasa progresywna przy dużych prędkościach, jako prasa transferowa przy mniejszych prędkościach lub jako prasa hybrydowa: progresywna dla kilku pierwszych stacji, następnie wycinanie części z taśmy i przenoszenie ich na kolejne stacje matryc. Ta elastyczność ma znaczenie, gdy pojedynczy zakład musi wyprodukować mieszankę-dużych geometrii części bez przeznaczania dla każdej z nich oddzielnych linii.

Oto porównanie czterech głównych podejść do prac wielkoformatowych-:

Wybór pomiędzy tymi metodami nie jest czysto techniczny. Ważna jest wielkość produkcji, złożoność części i dostępna wydajność prasy. Podejście progresywne może być fizycznie wykonalne w przypadku danej dużej części, ale jeśli wymaga prasy o nacisku 2400-t z 240-calowym łożem, którego nie ma Twój dostawca, rozwiązaniem w świecie rzeczywistym staje się alternatywa transferu lub tandemu.

To skrzyżowanie fizycznej wykonalności i ograniczeń praktycznych jest dokładnie tam, gdzie podejmowane są decyzje dotyczące wyboru procesu, a wybór niewłaściwej ścieżki kosztuje miesiące czasu realizacji oprzyrządowania i setki tysięcy utopionego kapitału.

Wybór właściwej metody tłoczenia według rozmiaru części

Wiedza o tym, co może zrobić każdy proces, to tylko połowa problemu. Trudniejsze pytanie: którego z nich powinieneś użyć do swojej konkretnej części? Kiedy oceniasz usługę tłoczenia dużych części, logika wyboru nie jest prostym schematem blokowym. To sekwencyjny proces eliminacji, w którym fizyka zawetuje opcje, zanim ekonomia otrzyma głos.

Kryteria wyboru procesu dla wytłoczek ponadgabarytowych

Zacznij od samej części. Pierwszą bramą jest jej ślad w stosunku do dostępnej powierzchni łoża prasy. Jeśli rzutowany obszar części (w tym marginesy paska nośnego do pracy progresywnej) przekracza możliwości łoża prasy, ta metoda nie wchodzi w grę. Żadna ilość sprytnych konstrukcji matryc nie zmienia tego ograniczenia.

Głębokość rysowania to kolejny filtr. Płytkie formy o średnicy poniżej 25% średnicy półwyrobu często mogą pozostać na pasku nośnym w matrycy progresywnej. Głębokie wciąganie, czyli wszystko, co ma stosunek głębokości-do-średnicy zbliżony do 1:1, zazwyczaj wymaga swobodnego poruszania się blanku. Oznacza to stemplowanie transferowe. Sytuację pogarszają złożone kołnierze z wieloosiowymi-zagięciami. Każda dodatkowa oś formowania dodaje stację, zwiększa podziałkę i wymaga bardziej precyzyjnego pozycjonowania półwyrobów pomiędzy operacjami.

Stos tolerancji-zachowuje się inaczej na dużą skalę. W precyzyjnym tłoczeniu części kompaktowych rutyną jest trzymanie +/-0,05 mm na wymiar 4- cali. Skaluj te same wymagania tolerancji do wymiaru 30 cali w przypadku tłoczenia o dużych rozmiarach, a jednocześnie walczysz z rozszerzalnością cieplną matrycy, elastycznym ugięciem ramy prasy i dryftem pasowania paska. Precyzyjne tłoczenie metali w dużych formatach wymaga nie tylko lepszego oprzyrządowania, ale także sztywniejszych pras, środowisk o kontrolowanej temperaturze i monitorowania w czasie rzeczywistym.

Wiązania geometryczne oddziałują z rozmiarem w sposób, który szybko eliminuje opcje. Część z podcięciami wymaga działań bocznych uruchamianych krzywką. W przypadku 40-calowej części te jednostki krzywek stają się masywne, co zwiększa wagę i złożoność i tak już ponadwymiarowej matrycy. Część wymagająca zarówno głębokiego tłoczenia, jak i precyzyjnych przekłuć w narysowanej ścianie może wymagać, aby tłoczenie odbyło się na linii przenoszenia, a przekłucie miało miejsce w dodatkowej precyzyjnej matrycy i operacji tłoczenia. To nie są teoretyczne przypadki skrajne. Są to typowe scenariusze w przypadku dużych komponentów konstrukcyjnych.

Dopasowanie wymagań objętościowych do ekonomiki procesu

Wykonalność fizyczna zawęża opcje. Wolumen określa, która opcja przetrwania ma sens finansowy.

Matryce progresywne preferują duże wolumeny, ponieważ koszt ich oprzyrządowania jest ogromny, ale czas cyklu jest krótki. Jednak w przypadku dużych części wymagany tonaż prasy zwiększa koszty inwestycyjne jeszcze bardziej. Do zamka strukturalnego może być potrzebna prasa o nacisku 1200-t, w której można wykonać progresywne, precyzyjne wytłoczki metalowe. Jeśli Twój roczny wolumen wynosi tylko 50 000 sztuk, matematyka dotycząca amortyzacji może nigdy nie zadziałać. Matryce transferowe, ze względu na niższy koszt oprzyrządowania na-stację i możliwość pracy na istniejącym sprzęcie, mogą być bardziej praktyczne w przypadku średnich ilości dużych komponentów, nawet jeśli czas cyklu przypadający na sztukę jest dłuższy.

Wysoka-precyzyjność tłoczenia na dużą skalę stwarza napięcie: węższe tolerancje wymagają większej liczby stanowisk formujących, co zwiększa długość matrycy i wymagania dotyczące prasy, co zwiększa koszty, a co za tym idzie,-zwiększa się wielkość progu rentowności. Inżynierowie muszą uczciwie ocenić, czy każda tolerancja na wydruku jest funkcjonalnie konieczna, czy też można złagodzić niektóre wymiary, aby otworzyć bardziej ekonomiczne ścieżki procesu.

Wybór procesu w przypadku dużych części opiera się przede wszystkim na wykonalności fizycznej: czy część może zostać wykonana w ten sposób? Dopiero po udzieleniu odpowiedzi na to pytanie do dyskusji wkracza ekonomia: czy w tym tomie należy to przedstawiać w ten sposób?

Oto sekwencyjna ocena, którą powinien zastosować każdy inżynier przy wyborze procesu dla wytłoczek ponadgabarytowych:

1. Zamapuj ślad części na podstawie dostępnych wymiarów łoża prasy, w tym marginesów paska dla podejść progresywnych
2. Oceń głębokość tłoczenia i określ, czy część może pozostać przymocowana do paska nośnego podczas formowania
3. Policz liczbę wymaganych operacji formowania, przebijania i przycinania, aby oszacować liczbę stanowisk
4. Oceń wymagania dotyczące tolerancji w odniesieniu do rozmiaru części, identyfikując funkcje wymagające-wysokiej precyzji tłoczenia w porównaniu z tymi, które mają mniej rygorystyczne ograniczenia
5. Identyfikuj ograniczenia geometryczne (podcięcia,-zagięcia wieloosiowe, działania boczne), które eliminują określone typy procesów
6. Oblicz wymagania dotyczące tonażu na podstawie materiału, grubości i całkowitego obwodu cięcia/formy
7. Porównaj możliwe do utrzymania metody z przewidywaną roczną wielkością i docelową ceną jednostkową
8. Uwzględnij operacje wtórne, niezależnie od tego, czy procesy-po tłoczeniu, takie jak obróbka skrawaniem czy spawanie, eliminują potrzebę stosowania bardziej złożonej matrycy

Zanim dojdziesz do kroku siódmego, fizyka podjęła już większość decyzji. Pozostały wybór pomiędzy wykonalnymi metodami ma miejsce wtedy, gdy wielkość produkcji, budżet na narzędzia i ograniczenia czasowe określają ostateczną ścieżkę rozwoju. Ta ostateczna ścieżka bezpośrednio kształtuje zachowanie materiału pod ciśnieniem formującym w całej skali części.

Zachowanie materiału i wybór stempli-na dużą skalę

6-calowy wspornik wycięty ze stali miękkiej nie przywiązuje dużej wagi do kierunku słojów. 40-calowy panel konstrukcyjny wycięty z tej samej cewki? Pielęgnuje intensywnie. Zachowanie materiału, które jest nieistotne w małej skali, staje się dominującym rodzajem awarii, gdy wymiary części rozciągają się na dwie lub trzy stopy walcowanego metalu. Ten sam stop, ta sama grubość, ten sam dostawca, ale fizyka się zmienia, ponieważ odległość wzmacnia każde anizotropowe dziwactwo, jakie walcownia wypaliła w tym arkuszu.

W tym miejscu cichnie większość dyskusji na temat usług tłoczenia dużych części. Dostawcy wymieniają materiały, które mogą uruchomić. Rzadko wyjaśniają, dlaczego te materiały zachowują się inaczej w skali lub jak niewłaściwy wybór gatunku przekłada się na liczbę złomów, która rujnuje ekonomikę produkcji.

Kierunek ziarna i jakość krawędzi na półfabrykatach ponadgabarytowych

Na każdym zwoju blachy znajduje się kierunkowy ślad procesu walcowania. JakProducent wyjaśniawalcowanie wprowadza masowe odkształcenie plastyczne, które wydłuża i obraca ziarna kryształu, tworząc anizotropię: właściwości mechaniczne, które różnią się w zależności od kierunku ich pomiaru. Wartość r-, stosunek odkształcenia szerokości do odkształcenia grubości zmierzonego podczas próby rozciągania, określa ilościowo to zachowanie kierunkowe. Kiedy wartości r- różnią się znacząco między kierunkiem walcowania, kierunkiem poprzecznym i kątem 45 stopni do walcowania, materiał będzie cieńszy, marszczony i odkształcał się w różny sposób, w zależności od orientacji półwyrobu względem cewki.

W przypadku małej części możesz nigdy tego nie zauważyć. Na dużym blanku anizotropia staje się nieunikniona. Rozważmy cięcie ścinające o długości 36{{10}cali, przebiegające prostopadle do kierunku walcowania. Wzdłuż całej krawędzi krystaliczna struktura materiału wykazuje stałą orientację w stosunku do działania ścinającego. Jakość krawędzi, czyli stosunek strefy czystego ścinania do strefy pęknięcia i wysokości zadziorów, pozostaje stosunkowo stała. Obróć to samo cięcie o 90 stopni, a tniesz wzdłuż włókien. Charakter krawędzi się zmienia. Zwiększa się wysokość zadziorów, zmienia się głębokość najazdu, a strefa pękania staje się szorstka. W przypadku wydłużonych linii ścinania, typowych dla wykrawania dużych części, różnice te składają się na mierzalne różnice w jakości od jednego końca cięcia do drugiego, zwłaszcza w przypadku cięć, które przebiegają łukiem w poprzek wielu orientacji ziaren.

Odkształcalność na dużych powierzchniach to obszar, w którym anizotropia uderza najbardziej. W operacjach stopniowego tłoczenia stali, w których wykorzystuje się szeroki asortyment taśm, stanowiska formujące muszą pomieścić materiał, który łatwiej przepływa w jednym kierunku niż w innym. Operacja rysowania obejmująca 30 cali będzie cieńsza nierównomiernie na powierzchni, jeśli profil wartości r- półwyrobu nie zostanie uwzględniony w geometrii matrycy. Rezultat: miejscowe przerzedzenie w niektórych obszarach, zmarszczki w innych i nierówna grubość ścianki, która nie podlega kontroli.

Kontrola płaskości podczas wykrawania stanowi kolejne wyzwanie. Duże arkusze są podatne na naprężenia szczątkowe wywołane przez zestaw cewek, kuszę i fale krawędziowe. Kiedy odetniesz duży półfabrykat z paska, te wewnętrzne naprężenia ulegają redystrybucji. Półfabrykat o średnicy 48- może wykazywać wygięcie o długości 0,030 cala lub więcej, które nie było widoczne, gdy materiał był uwiązany w formie cewki. W przypadku progresywnego tłoczenia aluminium problem ten nasila się, ponieważ niższy moduł sprężystości aluminium oznacza, że ​​naprężenia szczątkowe powodują proporcjonalnie większe odkształcenia. Wyrównanie przed wykrojeniem pomaga, ale prostownicę należy dobrać do szerokości taśmy, a nadmierne wypoziomowanie może spowodować umocnienie przez zgniot, które zmniejsza odkształcalność w dalszej części procesu.

Wybór gatunku materiału do tłoczenia-dużych części

Wybór odpowiedniego stopu do dużego tłoczonego elementu to nie tylko kwestia wytrzymałości i kosztów. Chodzi o to, jak materiał będzie się zachowywał na powierzchni formującej, mierzonej w stopach, a nie calach. Każda rodzina materiałów oferuje różne-kompromisy na dużą skalę.

Progresywne tłoczenie stali węglowej obejmuje najszerszy zakres zastosowań w przypadku-dużych części. Stale miękkie, takie jak 1008 i 1010, zapewniają doskonałą odkształcalność i przewidywalne zachowanie przy dużych ciągnieniach. Gatunki HSLA (klasy 340, 420, 550 MPa) zapewniają oszczędność masy poprzez zmniejszenie grubości, ale wykazują znacznie większą sprężystość. Stale dwu-fazowe (DP590, DP780) łączą wysoką wytrzymałość z rozsądnym wydłużeniem, ale ich zachowanie podczas{{12}utwardzania sprawia, że ​​są nieprzewidywalne w przypadku długich przejść formujących. Im wyższy stopień wytrzymałości, tym bardziej agresywne sprężynowanie musi być kompensowane w konstrukcji matrycy.

Stopy aluminium stwarzają inny zestaw problemów. Seria 5000, w szczególności gatunek-do tłoczenia 5754 i szeroko stosowany gatunek 5052, zapewniają dobrą odkształcalność i odporność na korozję paneli konstrukcyjnych. Jednakże tendencja aluminium do tworzenia się pasm Ludersa (widoczne ślady naprężeń) na dużych powierzchniach ciągnienia wymaga starannego dostrojenia nacisku uchwytu półfabrykatu. Stopy serii 6000, takie jak 6061, oferują wyższą wytrzymałość, ale wymagają obróbki cieplnej przesycającej i utwardzania wydzieleniowego, co komplikuje sekwencję produkcyjną. Stopniowe tłoczenie aluminium w przypadku dużych części wymaga mniejszych prześwitów matrycy niż w przypadku stali, ponieważ zacieki aluminiowe łatwiej przylegają do powierzchni narzędzi, a tendencja do zacierania wzrasta wraz z powierzchnią styku.

Stale nierdzewne charakteryzują się wysokim współczynnikiem-utwardzania. Gatunki austenityczne, takie jak 304 i 316, szybko twardnieją podczas formowania, co oznacza, że ​​siła wymagana do ukończenia końcowego stanowiska formowania może być znacznie większa niż w przypadku pierwszego. W przypadku progresywnego tłoczenia stali nierdzewnej w przypadku dużych komponentów to progresywne hartowanie oznacza, że ​​obliczenia tonażu muszą uwzględniać skumulowane umocnienie przez zgniot na wszystkich stanowiskach, a nie tylko chwilową siłę na którymkolwiek pojedynczym stanowisku. Ferrytyczne gatunki stali nierdzewnej (409, 430) zapewniają mniejsze utwardzanie przez zgniot i lepszą odkształcalność w zastosowaniach, gdzie liczy się odporność na korozję, ale ekstremalna plastyczność jest mniej krytyczna.

Progresywne tłoczenie miedzią i mosiądzem progresywne tłoczenie zajmują węższą niszę w przypadku- dużych części, zwykle ograniczając się do szyn zbiorczych elektrycznych, płyt wymienników ciepła i obudów ekranujących RF, gdzie przewodność lub właściwości termiczne decydują o wyborze materiału pomimo wyższych kosztów.

Kompensacja sprężynowania występuje tam, gdzie dobór materiału i rozmiar części kolidują ze sobą najbardziej boleśnie. W niewielkiej części wyginasz się o kilka stopni i uznajesz to za zakończone. Na 30-kołnierzu wykonanym ze stali DP780 wielkość sprężynowania może przekraczać 8 do 12 stopni i zmienia się na długości zagięcia w zależności od lokalnych zmian grubości, tarcia i temperatury. Kompensacja tego wymaga geometrii matrycy, która celowo-tworzy część, a następnie polega na powrocie sprężystym w celu przywrócenia jej wartości nominalnej. Im dłuższa linia zagięcia, tym więcej punktów na tej linii, w których zachowanie sprężynowania odbiega od przewidywań. Materiały o wyższej wytrzymałości wzmacniają tę nieliniowość, a większe części dają temu wzmocnieniu więcej miejsca na wyrażenie się.

To właśnie w tym miejscu analiza elementów skończonych (FEA) staje się-niepodlegająca negocjacjom. JakAnaliza Keysight dotycząca symulacji formowania blachywyjaśnia, że ​​wirtualne próby matrycy oparte na FEA- pozwalają przewidzieć odskoki, zmarszczki, przerzedzenie i pęknięcia przed zbudowaniem jakichkolwiek narzędzi fizycznych. Symulacja rejestruje interakcję między właściwościami materiału, geometrią narzędzia i parametrami procesu, takimi jak siła półfabrykatu i smarowanie. W przypadku matryc-wielkoformatowych, kosztujących dziesiątki lub setki tysięcy dolarów, wykrycie wady polegającej na przerzedzeniu lub pomarszczeniu praktycznie oszczędza miesiące poprawek.

Dokładność symulacji zależy od wprowadzenia prawidłowych danych materiałowych. Ogólne wartości z podręcznika nie sprawdzą się w przypadku dużych-części. Potrzebujesz rzeczywistych danych z próby rozciągania dla konkretnej partii zwojów, w tym wartości r-przy 0, 45 i 90 stopniach do kierunku walcowania. Im więcej danych materiałowych podasz do modelu MES, z tym większą wiarygodnością przewiduje on, co się stanie, gdy 42-calowy półfabrykat uderzy w stempel i metal zacznie płynąć po powierzchni wystarczająco dużej, aby odsłonić każdą ukrytą niespójność w arkuszu.

Istotne zachowanie na dużą skalę nie jest sprawą drugorzędną. Jest to zmienna określająca, czy z matrycy powstają części, czy złom. Siły potrzebne do nadania kształtu temu materiałowi w całej geometrii ponadgabarytowego komponentu definiują, jaka wydajność prasy jest faktycznie potrzebna.

Skalowanie wydajności prasy i tonażu dla dużych komponentów

Zachowanie materiału mówi, jakim siłom stawi się metal. Wydajność prasy informuje, czy sprzęt może dostarczyć te siły w całej geometrii ponadgabarytowego komponentu. Te dwie rzeczywistości zderzają się na ramie prasy, a gdy się nie pokrywają, tłoczenie dużych-części po prostu nie ma miejsca. Żadna ilość sprytnych konstrukcji matryc nie rekompensuje prasy, której brakuje tonażu, powierzchni złoża lub wysokości zamknięcia, aby wykonać sekwencję formowania.

Jest to ograniczenie, które po cichu zabija projekty. Inżynierowie projektują część, wybierają materiał, planują sekwencję formowania, a następnie odkrywają, że w zakładzie ich dostawcy nie ma wymaganej maszyny do tłoczenia progresywnego. Zrozumienie, w jaki sposób tonaż zmienia się wraz z rozmiarem części oraz jak wymiary złoża i wysokość zamknięcia oddziałują z geometrią matrycy, oddziela wykonalne projekty od kosztownych fałszywych startów.

Wymagania dotyczące tonażu prasy w przypadku tłoczenia-wielkoformatowego

Tonaż w wagach do ciężkiego tłoczenia odbywa się za pomocą dwóch różnych mechanizmów, w zależności od rodzaju operacji. Operacje wygaszania i przekłuwania skalują się po obwodzie. Operacje formowania i rysowania skalują się wraz z powierzchnią. Obydwa mnożą się wraz z grubością materiału. Kiedy część jest wystarczająco duża, aby wymagać znacznych ilości wszystkich trzech rodzajów operacji, całkowite zapotrzebowanie na tonaż szybko rośnie.

W przypadku wykrawania i przebijania podstawowe obliczenia są proste: obwód cięcia (w calach) pomnożony przez grubość materiału (w calach) pomnożony przez wytrzymałość materiału na ścinanie (w tonach na cal kwadratowy). JakPrzewodnik obliczania tonażu producentaszczegółów, formuła ta wykorzystuje pełną grubość materiału, aby skompensować tępe i zużyte narzędzia, ponieważ rzeczywiste ścinanie zachodzi w połowie materiału. W przypadku dużej części o całkowitym obwodzie cięcia wynoszącym 200 cali ze stali miękkiej o grubości 4 mm sam tonaż wykroju może przekroczyć 150 ton, zanim uwzględni się jakiekolwiek formowanie.

W operacjach rysowania wykorzystuje się podobne obliczenia oparte- na obwodzie, ale wytrzymałość na ścinanie zastępuje się wytrzymałością na ścinanie, ponieważ ściany powłoki są rozciągane podczas rozciągania. W przypadku dużego naciągu o średnicy 30 cali lub większej siła ciągnienia może dorównywać lub przekraczać tonaż wykroju, szczególnie w przypadku materiałów do tłoczenia progresywnego o wyższej-wytrzymałości, takich jak HSLA lub stale dwu-fazowe.

Ale te surowe obliczenia oddają tylko część obrazu. Progresywna matryca do dużych komponentów nie wykonuje jednej operacji na skok. Wykonuje je wszystkie jednocześnie. Każde stanowisko w matrycy wymaga siły w tym samym momencie, gdy prasa osiąga dolny martwy punkt. Należy zsumować obciążenia każdego stempla przebijającego, każdej stacji formującej, każdej zgarniarki sprężyn, każdej podkładki dociskowej azotu, każdej napędzanej krzywki i każdego przecinarki złomu. W przypadku 12-stanowiskowego, progresywnego materiału o dużej grubości, skumulowane obciążenie może z łatwością osiągnąć od 800 do 1200 ton.

Grubość materiału to mnożnik, który sprawia, że-tonaż dużych części jest szczególnie brutalny. Podwojenie grubości nie tylko podwaja siłę. Podwaja siłę na każdej stacji jednocześnie. Część wymagająca 400 ton stali o grubości 2 mm wymaga około 800 ton stali o grubości 4 mm, przy założeniu identycznej geometrii. Połącz ten wzrost grubości z dłuższymi obwodami cięcia charakterystycznymi dla dużych części, a zobaczysz, dlaczego ciężkie operacje tłoczenia rutynowo wymagają pras o zakresie od 600 do 2000+ ton.

Inżynierowie obliczający wymaganą wydajność prasy powinni również uwzględnić zapotrzebowanie na energię, a nie tylko siłę. Prasa może mieć wystarczający tonaż, ale niewystarczającą energię koła zamachowego, aby utrzymać tę siłę w roboczej części skoku. Niewystarczająca energia powoduje, że prasa zatrzymuje się w dolnym martwym punkcie, co jest częstą awarią podczas pracy dużych matryc progresywnych z prędkościami przekraczającymi zdolność silnika do-ponownego zasilania koła zamachowego pomiędzy uderzeniami.

Ograniczenia dotyczące rozmiaru łóżka i wysokości zamknięcia

Uwagę zwraca tonaż, ale rozmiar złoża i wysokość zamknięcia po cichu eliminują więcej projektów niż kiedykolwiek wcześniej. Prasa o masie 1000 ton jest bezużyteczna dla dużej części, jeśli jej łoże ma wymiary 60 na 40 cali, a matryca wymaga 96 na 48.

Wymiary łoża prasy określają maksymalny ślad matrycy. W przypadku matryc progresywnych obsługujących duże części, łoże musi pomieścić nie tylko szerokość i długość części, ale cały zestaw matryc, w tym wszystkie stacje, zsypy złomu, mechanizmy pilotujące i prowadnice taśm. Matryca progresywna z 10-stanowiskami dla części o szerokości 30-cala- może z łatwością rozciągać się na odległość 120 cali w kierunku podawania. Łoże prasy musi wytrzymać tę długość, zapewniając jednocześnie obszar przykręcania w rowku T w celu bezpiecznego mocowania.

Wysokość zamknięcia to odległość od dolnej powierzchni siłownika do górnej części łoża prasy, gdy siłownik znajduje się w dolnym martwym punkcie i regulacja jest ustawiona maksymalnie-w górę. Jak wyjaśnia magazyn MetalForming, wymiar ten różni się od wysokości matrycy, która odejmuje grubość płyty wzmacniającej. Wysokość zamkniętej matrycy (jej całkowity wymiar całkowicie zamkniętej) musi mieścić się w zakresie minimalnej i maksymalnej wysokości matrycy. Jeśli nie pasuje, matryca albo nie będzie mogła się całkowicie zamknąć, albo opadnie na dno, zanim tłok zakończy swój skok, powodując katastrofalne siły przeciążenia, które uszkadzają zarówno matrycę, jak i ramę prasy.

W przypadku matryc-o dużych częściach wysokość zamknięcia staje się szczególnie ograniczona. Złożone sekwencje formowania wymagają wysokich zespołów matryc z głębokimi wgłębieniami do tłoczenia, wielu podkładek dociskowych ułożonych pionowo i grubych płytek matrycy odpornych na ugięcie. Duża matryca transferowa może wymagać wysokości zamknięcia od 24 do 36 cali, aby dostosować się do geometrii formowania, systemów ciśnieniowych i grubości buta konstrukcyjnego. Prasa musi zapewniać tę pionową przestrzeń, zapewniając jednocześnie wystarczającą długość skoku dla najgłębszego wciągnięcia w sekwencji.

Pojemność płyty wzmacniającej narzuca ograniczenie wagi, które łatwo przeoczyć. Wielkoformatowe matryce progresywne-mogą ważyć od 5 do 15 ton lub więcej. Podpora musi równomiernie wytrzymywać to obciążenie statyczne, nie odkształcając się poza specyfikacje producenta prasy. W specyfikacjach dotyczących tonażu prasy i ugięcia przyjęto, że obciążenie matrycy jest równomiernie rozłożone na dwie-trzecie powierzchni złoża. Wąska matryca, która koncentruje obciążenie na środku ponadgabarytowego łoża, lub długa matryca, która obciąża tylko jeden koniec podpory, powoduje nierówne ugięcie, które pogarsza jakość części i przyspiesza zużycie.

Logistyka wymiany matryc również rośnie wraz z rozmiarem. Matryce ważące kilka ton wymagają dostępu do suwnicy, systemów podpór tocznych lub dedykowanych wózków matryc do wymiany. Systemy szybkiej wymiany matryc zaprojektowane dla matryc o masie 500-funtów nie można skalować do narzędzi wielo-tonowych. Zakłady zajmujące się tłoczeniem- dużych części wymagają udźwigu dźwigu dostosowanego do najcięższej matrycy oraz prześwitu między stojakami prasy w celu-załadunku narzędzia z boku lub z przodu.

Przy ocenie, czy usługa tłoczenia dużych części może faktycznie wyprodukować Twój komponent, istotne są następujące specyfikacje prasy:

• Powierzchnia łóżka- Całkowita dostępna powierzchnia podpory w obu osiach, potwierdzająca dopasowanie śladu matrycy z marginesem na zaciskanie
• Wysokość zamknięcia- Maksymalna i minimalna-wysokość matrycy (wysokość docisku minus grubość podpory, z zakresem regulacji suwaka), zapewniająca dopasowanie zespołu matrycy w pozycji zamkniętej
• Tonaż- Nośność znamionowa w punkcie skoku, w którym występuje obciążenie szczytowe, a nie tylko numer z tabliczki znamionowej
• Skok slajdu- Całkowity ruch tłoka, który musi przekraczać największą głębokość wciągania plus prześwit dla ruchu wyjmowania i przenoszenia części
• Wysokość przewodu zasilającego- Wysokość linii środkowej podawania paska względem górnej części podpory, która musi odpowiadać linii-przejścia matrycy, aby materiał mógł prawidłowo wejść
• Wzmocnij wzór szczeliny T-- Rozstaw szczelin, szerokość i głębokość muszą być dostosowane do schematu mocowania matrycy i odpowiadać rozstawowi śrub stopy matrycy

Renomowani dostawcy publikujący szczegółowe wykazy sprzętu, czasami wyszczególniające dziesiątki pras według tonażu, wielkości złoża i skoku, stanowią namacalny sygnał wiarygodności. Przed pierwszą rozmową możesz-porównać wymagania swojej części z jej opublikowanymi możliwościami.

Wydajność prasy określa, co jest fizycznie możliwe. Jednak matryca znajdująca się w prasie, narzędzie faktycznie kształtujące metal, stwarza własny zestaw wyzwań projektowych, które wiążą się z rozmiarem części. Sposób projektowania tych matryc pod kątem sztywności, prowadzenia i łatwości konserwacji na dużą skalę jest dyscypliną samą w sobie.

Uwagi dotyczące projektowania matryc specyficzne dla dużych części

Prasa o wystarczającym tonażu i powierzchni złoża stanowi jedynie scenę. Sama matryca, precyzyjne narzędzie, które faktycznie styka się z metalem i narzuca mu kształt, w przypadku skalowania do dużych-wymiarów części wiąże się z zupełnie innymi wymaganiami inżynieryjnymi. W przypadku kompaktowej matrycy do wspornika 6{{12}-calowego drobne ugięcia buta pozostają niezauważone. Na matrycy o szerokości 60 lub 80 cali to samo proporcjonalne ugięcie przekłada się na tysięczne części cala niewspółosiowości na powierzchni formującej. Stemple nie mają odpowiednich wgłębień. Uformowane cechy dryfują poza tolerancją. Krawędzie ścinane zużywają się nierównomiernie. Kostka nie tylko staje się większa. Każdy znajdujący się w nim układ konstrukcyjny, prowadzący i ciśnieniowy musi zostać przeprojektowany, aby zachować precyzję w całym zakresie, który aktywnie walczy ze sztywnością.

Jest to dziedzina, w której producenci matryc progresywnych oddzielają się od zwykłych tłoczni. Każdy może zbudować małą, działającą kostkę. Zbudowanie dużej matrycy, która zachowa tolerancję przez miliony cykli, wymaga dyscypliny inżynierii konstrukcyjnej, która jest bliższa projektowaniu mostów niż zegarmistrzostwu.

Projektowanie strukturalne i prowadzące dla dużych matryc

Stopa matrycy to podstawa. W przypadku małych matryc sprawdza się-standardowa, wstępnie utwardzana stopka matrycy z magazynu katalogowego. W przypadku narzędzi wielkoformatowych-but musi być-zaprojektowany na zamówienie pod kątem sztywności. Wyobraź sobie stopkę matrycy rozciągającą się na 90 cali w kierunku podawania. Przy pełnym obciążeniu w dolnym martwym punkcie but ten chce się wygiąć w górę pośrodku pomiędzy wspornikami stołu prasy. Jeśli odkształci się nawet o 0,002 cala w środkowej części, prześwity cięcia w środkowych stacjach przesuną się, jakość krawędzi ulegnie pogorszeniu, a żywotność stempla spadnie.

Duże ślizgacze matrycowe są zazwyczaj obrabiane z-odprężonej blachy (S50C lub równoważnej stali średniowęglowej) o grubości od 4 do 8 cali, w zależności od rozpiętości i obciążenia. Jak wyjaśnia przewodnik projektowania matryc Ming Chianga, wybór materiału na matryce opiera się na zasadzie „właściwego materiału na właściwym miejscu”: but działa jak podkład-amortyzujący wstrząsy, wykorzystując wytrzymałość do pochłaniania wibracji i ochrony precyzyjnych komponentów przed uszkodzeniami spowodowanymi bezpośrednim uderzeniem. Na dużą skalę ta rola pochłaniania wstrząsów staje się krytyczna, ponieważ energia uderzenia jest proporcjonalnie wyższa, a rezonansowe tryby wibracji pojawiają się przy niższych częstotliwościach.

Systemy prowadzące można skalować zarówno pod względem rozmiaru, jak i konfiguracji. Standardowy zestaw matryc z dwoma-kolumnami zapewnia odpowiednie wyrównanie w przypadku kompaktowych narzędzi. Wielkoformatowe matryce i zespoły tłoczące- wymagają konfiguracji z czterema-słupkami lub{5}}prowadzonymi centralnie, aby zapobiec obrotowi kątowemu górnej części klocka podczas-załadunku niecentralnie. Cztery narożne słupki prowadzące rozkładają siły wyrównawcze na wszystkie cztery ćwiartki matrycy, zapobiegając gromadzeniu się drgań występujących podczas formowania ładunków na jednym końcu długiej matrycy.

Same słupki prowadzące mają większą średnicę, często osiągając od 2 do 4 cali, i wykorzystują w nich precyzyjne-koszyki z łożyskami kulkowymi zamiast zwykłych tulei z brązu, aby zmniejszyć tarcie i zachować dokładność wyrównania przy dużych obciążeniach bocznych. Niektórzy duzi producenci matryc progresywnych oprócz zewnętrznych słupków prowadzących określają system wewnętrznych słupków prowadzących, tworząc architekturę podwójnego-prowadnicy. Zewnętrzne słupki zapewniają zgrubne wyrównanie podczas początkowego zamykania, podczas gdy wewnętrzne słupki zapewniają precyzję na poziomie mikronów- w końcowej pozycji formowania. To podejście z podwójnym-prowadnikiem jest szczególnie przydatne w przypadku progresywnych zestawów matryc maszynowych, w których wyrównanie stanowisk-do-musi pozostać spójne na całej długości matrycy.

Systemy sprężyn azotowych stanowią wyjątkowe wyzwanie w zakresie skalowania. Na małej matrycy pojedyncza butla z azotem zapewnia równomierne ciśnienie uchwytu półfabrykatu lub zgarniacza. Na dużej matrycy z podkładką dociskową o szerokości 40 cali możesz potrzebować 8, 12 lub nawet 20 cylindrów z azotem ułożonych według obliczonego wzoru, aby równomiernie rozłożyć siłę na powierzchni podkładki. Jeśli cylindry nie są ustawione prawidłowo, podkładka dociskowa przechyla się pod obciążeniem, powodując nierówny przepływ materiału podczas ciągnienia lub nierówną siłę zdzierania, która pozostawia kulki utknięte w matrycy.

Zaprojektowanie układu sprężyn azotowych wymaga mapowania wymaganego rozkładu siły na powierzchni podkładki dociskowej, a następnie wybrania rozmiarów otworów cylindrów i lokalizacji zapewniających ten rozkład w akceptowalnej równomierności, zwykle w zakresie 5-10% odchylenia na powierzchni podkładki dociskowej. Napięcie wstępne i skok każdego cylindra muszą uwzględniać zróżnicowane ugięcie płyty montażowej. Wyższe matryce o dłuższych skokach mogą wymagać systemów połączonych z kolektorem, które hydraulicznie wyrównują ciśnienie we wszystkich cylindrach, zapewniając równomierny ruch podkładki niezależnie od nierównomiernego obciążenia.

Strategia pinów pilotujących w przypadku matryc wielkoformatowych- opiera się na innej logice niż w przypadku narzędzi kompaktowych. W standardowych matrycach progresywnych dwóch lub trzech pilotów odpowiednio rejestruje pasek na każdym stanowisku. W przypadku szerokiego paska przechodzącego przez dużą matrycę boczne przesunięcie paska i falowanie krawędzi oznaczają, że położenie materiału jest mniej przewidywalne na całej jego szerokości. Wytyczne inżynieryjne firmy Talan Products wskazują, że piloty wchodzą do otworów przebitych na wczesnych stacjach i że gdy otwory te wymagają wąskich tolerancji, oddzielne otwory pilotowe na nośniku zapewniają dokładność bez wydłużania cech funkcjonalnych. W przypadku dużych matryc inżynierowie często dodają dodatkowe-prowadnice krawędziowe lub sprężynowe-mechanizmy centrujące na stacjach pośrednich, aby zapobiec skumulowanemu dryfowi powodującemu uszkodzenie lokalizacji dalszych elementów. Im szerszy pasek, tym więcej punktów pilotujących potrzeba, aby ograniczyć naturalną tendencję materiału do przemieszczania się.

Niestandardowa inżynieria matryc dla złożonych dużych geometrii

Oprócz sztywności strukturalnej i prowadzenia, elementy robocze dużej matrycy, stemple, elementy podnoszące, zgarniacze i wkładki formujące wymagają podejścia projektowego, które zasadniczo różni się od praktyki-małych narzędzi.

Podnośniki na dużych matrycach progresywnych muszą unieść ciężki pasek wystarczająco wysoko, aby usunąć uformowane elementy podczas przesuwania się do następnej stacji. Na wąskim pasku sprawdzają się lekkie podnośniki szpilek. W przypadku taśmy stalowej o szerokości 48-cal-o szerokości 3 mm ciężar taśmy pomiędzy punktami podnośnika może powodować ugięcie, które powoduje wyboczenie nośnika lub ciągnięcie po powierzchni matrycy. Podnośniki prętowe obejmujące całą szerokość taśmy lub systemy podnośników szynowych zapewniają potrzebne rozproszone wsparcie. Metodologia projektowania firmy Talan Products podkreśla, że ​​zwisy pomiędzy podnośnikami mogą powodować wyginanie się nośników, szczególnie w przypadku cienkich materiałów. Na dużą skalę nawet grube materiały uginają się pod własnym ciężarem na dużych, niepodpartych rozpiętościach.

Nacięcia obejściowe mają kluczowe znaczenie w zarządzaniu złomem na dużych matrycach. Kiedy w wyniku operacji wykrawania lub przycinania powstaje kawałek szerszy niż taśma może przenieść przez dalsze stacje, złom ten należy przekierować albo natychmiast zrzucić przez matrycę, albo naciąć, aby umożliwić prześwit obok kolejnych stempli i stanowisk formowania. W przypadku matrycy kompaktowej zarządzanie złomem jest kwestią drugorzędną. Na dużej matrycy progresywnej, gdzie ślimaki mogą mieć szerokość od 8 do 12 cali, zakleszczony ślimak może rozbić matrycę, wyginając stemple i uszkadzając powierzchnie formujące. Właściwa geometria karbu obejściowego, zsypy złomu ustawione pod kątem w celu wspomagania grawitacji i wyrzucanie śrutu pneumatycznego-stają się istotnymi cechami konstrukcyjnymi.

Kontrola kierunku zadziorów na długich krawędziach ścinanych wymaga starannego planowania. Każda operacja cięcia powoduje powstawanie zadziorów po jednej stronie materiału. Na 36-calowej linii przycięcia kierunek zadziorów określa, na której powierzchni gotowej części znajduje się podwyższona krawędź. W przypadku progresywnych wsporników tłoczonych i elementów konstrukcyjnych, które łączą się z innymi zespołami, lokalizacja zadziorów jest wymogiem funkcjonalnym, a nie kosmetycznym. Projektant matrycy musi tak ustawić odstępy tnące, aby na akceptowalnej powierzchni czołowej pojawiały się zadziory, co może wymagać dzielenia długich cięć na segmenty o przeciwnych kierunkach prześwitu lub dodania dodatkowych stanowisk golących w celu całkowitego usunięcia zadziorów.

Optymalizacja luzu dla operacji formowania na dużych powierzchniach wprowadza efekt skali. Luz matrycy, szczelina pomiędzy stemplem a wnęką, kontroluje przepływ materiału podczas ciągnienia i formowania. Przy małym naciągu równomierny prześwit na obwodzie działa dobrze. Na dużym rozciągnięciu rozciągającym się na 30 lub więcej cali materiał przepływa z różną szybkością w różnych kierunkach ze względu na orientację ziaren i zmiany tarcia. Zmienny luz, węższy w obszarach, gdzie materiał ma tendencję do cienkiego i luźniejszy, gdzie grozi marszczenie, pomaga kontrolować rozkład materiału. To mapowanie zmiennego luzu zazwyczaj pochodzi z symulacji FEA i jest udoskonalane podczas testowania matrycy.

Dostęp konserwacyjny wpływa na inną decyzję projektową, charakterystyczną dla dużych narzędzi: segmentację komponentów. Jedno-jednoczęściowej płyty zgarniającej o szerokości 80 cali nie da się zeszlifować na płasko, trudno-jednolicie poddać obróbce cieplnej, a jej wymontowanie w celu konserwacji jest niepraktyczne. Zamiast tego duże narzędzia do ściągania matryc, płytki ustalające stemple, a nawet wkładki do wycinania matryc są podzielone na sekcje, które można indywidualnie usuwać, szlifować lub wymieniać bez demontażu całej matrycy. Segmentacja umożliwia także zastosowanie różnych materiałów w różnych strefach, dopasowując materiał składowy do lokalnego stopnia zużycia. Jak wskazują najlepsze praktyki projektowania matryc, w stemplach i wkładkach rdzeniowych wykorzystuje się-stal szybkotnącą (SKH9) o twardości HRC 60-62, co zapewnia wyjątkową odporność na zużycie, natomiast w płytach konstrukcyjnych wykorzystuje się stal narzędziową do pracy na zimno (SKD11) o twardości HRC 58-60. Na dużej matrycy segmentowej w strefach najbardziej narażonych na zużycie wykorzystuje się najwyższej jakości płytki, podczas gdy w obszarach o niższych naprężeniach stosuje się tańsze gatunki, optymalizując koszty bez poświęcania trwałości tam, gdzie ma to znaczenie.

Dla inżynierów zajmujących się narzędziami podejmujących-intensywne decyzje projektowe krytyczna jest współpraca ze specjalistami, którzy rozumieją wzajemne oddziaływanie struktury matrycy, inżynierii komponentów i przepływu materiałów na dużą skalę.Niestandardowe rozwiązania w zakresie tłoczników YICHENbezpośrednio zająć się tym skrzyżowaniem, zapewniając inżynierom dostęp do wiedzy specjalistycznej w zakresie projektowania matryc, obejmującej wszystko, od konfiguracji stempla i podnośnika po strategię omijania karbu, kontrolę zadziorów i optymalizację luzu w zastosowaniach-wielkoformatowych. Gdy wyzwanie związane z narzędziami wiąże się z zarządzaniem złożonością matrycy o wadze kilku ton i rozpiętości co najmniej sześciu stóp, posiadanie partnera technicznego z dużym doświadczeniem w inżynierii matryc skraca drogę od koncepcji do narzędzi-gotowych do produkcji.

Oto krytyczne elementy konstrukcji matrycy, które wymagają szczególnej uwagi na dużą skalę:

• Sztywność butaPodkładki o - niestandardowej-grubości zaprojektowane z myślą o minimalnym ugięciu w środkowej części rozpiętości przy pełnym obciążeniu formującym
• Konfiguracja słupka przewodnika- Cztery-słupki lub podwójne-systemy prowadnic (zewnętrzne i wewnętrzne) zapobiegające przesuwaniu się w regałach i utrzymujące wyrównanie stacji-do-stacji
• Układ sprężyn azotowych- Wzory pracy-wielocylindrowej obliczone pod kątem równomiernego rozkładu ciśnienia na dużych podkładkach, z wyrównaniem w kolektorze, tam gdzie to konieczne
• Strategia pilotażu- Zwiększona gęstość pilota na szerokich pasach, łącznie z dodatkowymi prowadnicami krawędziowymi i pośrednimi punktami rejestracyjnymi
• Projekt systemu podnośników- Podnośniki typu prętowego lub szynowego-, które zapobiegają zwisaniu taśmy na dużych, niepodpartych rozpiętościach
• Obejście geometrii karbu i zarządzanie złomem- Zaprojektowane ścieżki usuwania ślimaków ze zsypami-wspomaganymi grawitacyjnie i-wyrzutem powietrza w przypadku dużych ślimaków
• Planowanie kierunku zadziorów- Orientacja luzu odwzorowana na wymagania funkcjonalne-zadziorów na wszystkich długich krawędziach ścinanych
• Zmienny luz formującyMapy prześwitu oparte na - FEA-uwzględniające anizotropowy przepływ materiału przez duże powierzchnie ciągnienia
• Segmentacja komponentów- Ściągacze, elementy ustalające i wkładki tnące podzielone na łatwe w utrzymaniu sekcje z klasami materiałów-specyficznymi dla danej strefy
• Zarządzanie ciepłem- Uwzględnienie gromadzenia się ciepła w dużych matrycach podczas-pracy z dużymi prędkościami, w tym w kanałach chłodzących lub przerwach termicznych w-strefach wysokiego tarcia

Każdy z tych elementów współdziała z pozostałymi. Źle zaplanowany układ sprężyn azotowych powoduje nierównomierną siłę zdzierania, co przyspiesza zużycie słupków prowadzących, co pogarsza wyrównanie stempla-do-wnęki, co powoduje nieprzewidywalne przesunięcie wzorów zadziorów. W przypadku matryc wielkoformatowych te kaskadowe interakcje wzmacniają się wraz z odległością, dzięki czemu zintegrowane myślenie projektowe, a nie specyfikacja komponentów-po- komponentach, odróżnia matrycę działającą niezawodnie od matrycy wymagającej ciągłej interwencji.

Prawidłowy projekt matrycy chroni znaczną inwestycję kapitałową. A ta inwestycja, czyli sam koszt oprzyrządowania, rodzi szereg pytań dotyczących ekonomii, amortyzacji i tego, gdzie-tłoczenie matrycowe dużych części faktycznie ma sens finansowy w porównaniu z alternatywnymi metodami produkcji.

Ekonomika kosztów i amortyzacja narzędzi w przypadku dużych części

Dobrze-zaprojektowana matryca rozwiązuje problem inżynieryjny. Jednak wykonalność inżynieryjna i opłacalność finansowa to dwie osobne rozmowy. Matryce progresywne i transferowe z dużymi-częściami stanowią jedne z najbardziej znaczących inwestycji kapitałowych w produkcji metali, a ekonomia zachowuje się inaczej, niż mogliby się spodziewać inżynierowie zaznajomieni z kompaktowymi narzędziami. Początkowa inwestycja jest większa. Krzywa amortyzacji jest bardziej stroma. A obciążenie konserwacją przez cały okres użytkowania matrycy powoduje koszty, które mniejsze oprzyrządowanie rzadko powoduje.

Jednak żaden dostawca w tej przestrzeni nie przedstawia logiki ekonomicznej w sposób przejrzysty. Znajdziesz listy wyposażenia i broszury dotyczące możliwości, ale rzadko ramy finansowe informujące, czy konkretna część, w określonej ilości, w ogóle uzasadnia inwestycję w oprzyrządowanie. To luka, którą wypełnia ta sekcja.

Inwestycje w oprzyrządowanie i amortyzacja dla dużych matryc

Skale kosztów matrycy z trzema głównymi czynnikami: liczbą stanowisk formowania, fizycznym rozmiarem matrycy i wymaganiami dotyczącymi precyzji gotowej części. W przypadku standardowych matryc progresywnych wytwarzających komponenty o małych i średnich-wielkościach dane branżowe firmy Shaoyi Metal Technology szacują, że typowe narzędzia mieszczą się w przedziale od 15 000 do 60 000 dolarów. Jednak matryce z dużą-częścią działają na zupełnie innym poziomie. Matryce transferowe i liniowe do ponadgabarytowych paneli samochodowych zwykle osiągają kwotę od 250 000 do ponad 1 000 000 dolarów, gdy pełny zestaw matryc obejmuje operacje ciągnienia, przycinania, kołnierza i przebijania.

Skąd dramatyczny skok? Wszystkie czynniki kosztotwórcze łączą się na dużą skalę. Więcej stacji oznacza więcej godzin obróbki. Większe stopy matryc wymagają cięższych kęsów ze stali surowej i dłuższych czasów cykli CNC. Szersze płytki do cięcia i formowania wymagają najwyższej jakości stali narzędziowych w większych ilościach. Faza próbna, podczas której matryca jest testowana i dopasowywana w rzeczywistej prasie, trwa dłużej, ponieważ duże matryce są fizycznie trudniejsze do załadowania, podkładki i wykonywania kolejnych iteracji. Samo wypróbowanie i weryfikacja zazwyczaj stanowią 10-15% całkowitego kosztu matrycy, a w przypadku narzędzia sześciocyfrowego jest to znacząca pozycja.

Materiał matrycy stanowi 20-40% całkowitej inwestycji. W przypadku-programów tłoczenia metali na dużą skalę, w których oczekuje się 500 000 lub więcej uderzeń w całym okresie użytkowania matrycy, producenci narzędzi wybierają gatunki premium, takie jak SKD11 lub płytki pełnowęglikowe w krytycznych punktach zużycia. Materiały te są odporne na ścieranie przez miliony cykli, ale wiążą się ze znacznymi kosztami surowców, zwłaszcza w przypadku pocięcia na ponadwymiarowe płytki, które wymagają obróbki dużych części. W przypadku krótszych serii produkcyjnych tańsze stopy mogą obniżyć koszty początkowe, ale wymagają długowieczności w zamian za oszczędności, wymagające częstszej konserwacji lub wcześniejszej wymiany.

Amortyzacja to sytuacja, w której matematyka albo działa, albo nie. Matryca progresywna o wartości 50 000 dolarów rozłożona na 500 000 części zwiększa koszt oprzyrządowania zaledwie o 0,10 dolara za sztukę. Ta sama matryca rozłożona na zaledwie 5000 części dodaje 10,00 dolarów za sztukę, jak pokazuje analiza progresywnego tłoczenia przeprowadzona przez firmę Fictiv. W przypadku matryc o dużych-częściach, które kosztują kilka razy więcej, próg rentowności-przesuwa się dramatycznie w górę. Zestaw matryc transferowych o wartości 300 000 dolarów wymaga znacznych rocznych dostaw, zanim udział narzędzi w przeliczeniu na sztukę spadnie do poziomu konkurującego z alternatywnymi metodami produkcji.

Minimalne ilości zamówienia istnieją właśnie ze względu na rzeczywistość amortyzacji. Programy tłoczenia progresywnego OEM zazwyczaj obejmują roczne wielkości produkcji, które zapewniają zwrot inwestycji w oprzyrządowanie w ciągu jednego do trzech lat produkcji. Jeśli prognozowana wielkość nie jest w stanie pokryć kosztów oprzyrządowania w rozsądnym oknie zwrotu, projekt wymaga albo prostszego podejścia do matryc, wspólnego-rozmieszczenia narzędzi, albo zasadniczo innej metody produkcji.

Ekonomiczność na-sztukę w skali

Po opłaceniu narzędzi ekonomika{0}}wytłaczania na sztukę staje się niezwykle przekonująca. Analiza kosztów przeprowadzona przez Talan Products pokazuje, że progresywna prasa matrycowa może wyprodukować 4000 lub więcej części na godzinę, przy kosztach pracy mierzonych w ułamkach procenta na sztukę. Po opłacalności oprzyrządowania koszt-sztuki spada do absolutnego minimum: surowiec, czas pracy maszyny i kawałek pracy. Przy tej ekonomii długoterminowe tłoczenie metali dominuje we wszystkich alternatywach produkcyjnych w przeliczeniu na-jednostkę.

Jednak matryce-do dużych części wprowadzają komplikację, której pozwalają uniknąć mniejsze narzędzia: koszty konserwacji stanowią znaczący procent ekonomiki cyklu życia. Według szacunków branżowych roczna konserwacja matrycy wynosi 5-10% pierwotnej wartości matrycy, w zależności od intensywności użytkowania. Na kompaktowej matrycy o wartości 30 000 dolarów oznacza to od 1500 do 3000 dolarów rocznie. W przypadku wielkoformatowej matrycy transferowej o wartości 250 000 USD oznacza to koszt od 12 500 do 25 000 USD rocznie za ostrzenie, podkładki regulacyjne, wymianę sprężyn i ponowne szlifowanie płytek. Zaniedbanie tej konserwacji nie pozwala zaoszczędzić pieniędzy. Prowadzi to do zadziorów na częściach, przyspieszonego zużycia i ostatecznie katastrofalnej awarii matrycy, która kosztuje znacznie więcej niż działania zapobiegawcze.

Całkowity koszt cyklu życia wytłoczek wielkoseryjnych musi uwzględniać cztery odrębne segmenty kosztów:

• Początkowa inwestycja w oprzyrządowanie- Jedno-jednorazowy nakład kapitałowy na projektowanie, produkcję i wypróbowanie matryc
• Koszt produkcji na-sztukę- Materiał, czas prasowania, robocizna i narzut przydzielane na część podczas aktywnych przebiegów
• Zaplanowana konserwacja- Regularne okresy ostrzenia, wymiana sprężyny azotowej, zużycie tulei prowadzącej i kontrola podzespołów
• Renowacja diesla- Remonty główne w dłuższych odstępach czasu (zazwyczaj co 500 000 do 2 000 000 cykli w zależności od jakości materiału), obejmujące wymianę płytek, ponowne szlifowanie powierzchni formujących i kontrolę konstrukcji

W przypadku usług OEM w zakresie tłoczenia metali, w których wykorzystuje się-materiały o wysokiej wytrzymałości na dużą skalę, okresy międzyobsługowe są coraz krótsze. Stale-dwufazowe i gatunki nierdzewne zużywają krawędzie skrawające szybciej niż stal miękka, skracając liczbę cykli pomiędzy kolejnymi cyklami ostrzenia. Matryca, która wykonuje 200 000 trafień między konserwacjami na stali 1008, może wymagać uwagi co 80 000 trafień na DP780. Ten przyspieszony harmonogram konserwacji ma bezpośredni wpływ na efektywny koszt-sztuki, nawet po całkowitej amortyzacji narzędzi.

Punkt przecięcia objętości, w którym tłoczenie staje się tańsze niż produkcja, zmienia się w zależności od złożoności części i materiału. Dane Talana sugerują, że w przypadku prostych, dużych geometrii ze stali miękkiej liczba części krzyżujących się mieści się w przedziale od 3000 do 7000 części rocznie w przypadku komponentów o standardowych-wymiarach. W przypadku dużych części wymagających pras-o dużym tonażu i skomplikowanych wielostanowiskowych-matryc, to skrzyżowanie znacznie się zwiększa, często do zakresu od 10 000 do 25 000 jednostek rocznie, zanim ekonomia zdecydowanie faworyzuje tłoczenie zamiast cięcia laserowego i formowania na prasie krawędziowej.

Tłoczenie matrycowe-dużych części staje się opłacalne-tylko powyżej pewnych progów objętości, a progi te różnią się znacznie w zależności od złożoności części, gatunku materiału i intensywności konserwacji matrycy. Prosty wspornik ze stali miękkiej o wydajności 15 000 jednostek rocznych umożliwia łatwe oprzyrządowanie. Złożony element konstrukcyjny HSLA w tej samej objętości może nie osiągnąć progu rentowności przez trzy lata.

Tworząc uzasadnienie biznesowe dotyczące tłoczenia-dużych części w porównaniu z alternatywną produkcją, inżynierowie powinni wyraźnie modelować te czynniki kosztów:

1. Całkowita inwestycja w oprzyrządowanie, obejmująca projekt, produkcję, próby i zmiany inżynieryjne podczas uruchomienia
2. Prognozowany roczny wolumen i całkowity wolumen w całym okresie trwania programu
3. Koszt produkcji-sztuki przy docelowej częstotliwości cykli, w tym straty w wydajności materiału spowodowane-układami pasków wielkoformatowych
4. Roczny koszt konserwacji w oparciu o wagę materiału i oczekiwaną liczbę trafień pomiędzy okresami serwisowymi
5. Koszt renowacji matrycy w kluczowych odstępach czasu, w tym przestoje produkcyjne podczas remontu
6. Porównanie kosztu-sztuki przy użyciu metod alternatywnych (laser plus formowanie, spawanie lub odlewanie) przy tej samej objętości
7. Okres zwrotu: przy jakiej skumulowanej wielkości całkowity koszt tłoczenia (oprzyrządowanie plus produkcja plus konserwacja) przekracza całkowity alternatywny koszt produkcji
8. Czynniki ryzyka, w tym prawdopodobieństwo zmiany projektu, pewność prognozy wielkości i zmienność kosztów materiałów

Obliczenie zwrotu nie jest tylko arytmetyczne. Wymaga uczciwego prognozowania wolumenu. Optymistyczna prognoza, która uzasadnia inwestycję w oprzyrządowanie, ale nigdy nie przekłada się na rzeczywiste zamówienia, powoduje, że dysponujesz sześciocyfrowym-zasobem, który nie generuje zwrotu. Konserwatywne prognozowanie chroni kapitał, nawet jeśli oznacza wybór mniej optymalnego procesu-na sztukę przez pierwsze kilka lat i przejście na tłoczenie matrycowe, gdy wolumeny się sprawdzą.

Ekonomia podpowie Ci, czy kontynuować. Ale nie mówią ci, kiedy masz całkowicie odejść. Niektóre duże części, niezależnie od objętości, ograniczeń geometrii powierzchni, ograniczeń materiałowych lub wymagań dotyczących tolerancji, powodują, że tłoczenie matrycowe jest złym rozwiązaniem, niezależnie od tego, jak liczby wyglądają na papierze.

Ograniczenia procesu i kiedy wybrać alternatywy

Każdy proces produkcyjny ma swój pułap. Tłoczenie osiąga punkt kulminacyjny, gdy geometria części, ograniczenia materiałowe lub realia dotyczące objętości wykraczają poza to, co matryca może fizycznie lub ekonomicznie zapewnić. Większość usług tłoczenia blachy nie podaje tych informacji na ochotnika. Będą cytować to, co mogą zrobić, a nie to, czego nie powinni próbować. Jednak uczciwa ocena procesu wymaga zrozumienia, gdzie leży granica, ponieważ zmuszanie części do zastosowania niewłaściwej metody kosztuje więcej niż wybranie od początku właściwej alternatywy.

Kiedy stemplowanie nie jest właściwą odpowiedzią

Maksymalny praktyczny rozmiar części do tłoczenia matrycowego wynosi około 72 do 96 cali w kierunku podawania w przypadku pracy progresywnej i jest nieco większy w przypadku linii tandemowych obsługujących zewnętrzne panele samochodowe. Poza tym żadne standardowe łoże prasy nie jest w stanie pomieścić oprzyrządowania, a niestandardowe instalacje prasy stają się projektem samym w sobie.

Geometria narzuca trudniejsze ograniczenia niż rozmiar. Części o ekstremalnych współczynnikach rozciągania, których stosunek głębokości-do- zbliża się do stosunku średnicy powyżej 2:1, zwykle nie mogą być ciągnione w jednej operacji bez wyżarzania pośredniego. Podcięcia, elementy-wnikające i geometria wewnętrzna wymagająca dostępu z boku po prostu nie mogą powstać w pionowym suwie prasy bez mechanizmów-uruchamianych krzywką, co powoduje ogromną złożoność i koszty. Na dużą skalę te jednostki krzywkowe stają się niepraktycznie masywne.

Niektóre materiały są odporne na tłoczenie-wielkoformatowe niezależnie od geometrii. Stopy utwardzalne przez zgniot, takie jak stal nierdzewna serii 300, stają się coraz trudniejsze do formowania na wielu stanowiskach, a skumulowany tonaż na dużej matrycy może przekroczyć dostępną wydajność prasy. Gruba blacha powyżej 8 mm zazwyczaj przemieszcza się na obszar prasy krawędziowej lub prasy hydraulicznej, zamiast podejść do stopniowego tłoczenia i produkcji, ponieważ wymagane siły przekraczają wydajność konwencjonalnych pras do tłoczenia.

Rozważ następujące scenariusze, w których alternatywy są lepsze od tłoczenia:

• Mała objętość i złożona geometria- Cięcie laserowe i formowanie na prasie krawędziowej pozwalają uzyskać gotowe części bez inwestycji w oprzyrządowanie, co jest idealne w przypadku serii poniżej 3000 sztuk
• Wąskie tolerancje na grubej płycie- Obróbka CNC z półfabrykatów zachowuje tolerancje, których tłoczenie nie zapewnia w przypadku materiałów o dużej grubości
• Złożone obudowy 3D z funkcjami wewnętrznymi- Spawy z indywidualnie formowanych elementów umożliwiają podcięcia, wewnętrzne usztywnienia i elementy niemożliwe w pojedynczej operacji tłoczenia
• Organiczne kształty z-niejednorodnymi przekrojami ścian- Odlewy obsługują geometrię, której nie jest w stanie odtworzyć żadna płaska-pusta sekwencja formowania

Nawet w przypadku progresywnego tłoczenia metali w systemach HVAC, gdzie duże elementy kanałów i obudowy konstrukcyjne są powszechnymi produktami do tłoczenia blachy, inżynierowie rutynowo spotykają części, które przekraczają praktyczne limity tłoczenia. Na przykład ponadgabarytowa skrzynka rozprężna z wewnętrznymi przegrodami i przyspawanymi kołnierzami może wydawać się kandydatem do tłoczenia na podstawie samej objętości, ale jej geometria sprawia, że ​​produkcja jest szybszą i tańszą ścieżką.

Porównanie alternatyw dla wielkoformatowych komponentów metalowych-

Decyzja nie zawsze jest binarna. Podejścia hybrydowe sprawdzają się dobrze w przypadku dużych komponentów, w których tłoczenie matrycowe obejmuje powtarzalne operacje-o dużej objętości (wykrawanie, formowanie wstępne, przebijanie), podczas gdy procesy wtórne uzupełniają elementy, których nie jest w stanie wytworzyć matryca. Konstrukcyjny wspornik samochodowy może być stopniowo wytłaczany w celu uzyskania jego pierwotnej geometrii, a następnie spawany automatycznie w celu dodania elementu klinowego, który wymagałby niepraktycznego mechanizmu krzywkowego w matrycy. Te rozwiązania w zakresie tłoczenia metali łączą zalety procesu, zamiast narzucać jedną metodę do wykonania wszystkiego.

W przypadku części o małych-wymaganiach ilościowych inwestycja w narzędzia do tłoczenia po prostu nie może się zamortyzować. Jak pokazuje analiza kosztów produkcji przeprowadzona przez Hotean, średni koszt cięcia laserowego-jednostkowego jest znacznie niższy niż tłoczenie w przypadku partii poniżej 3000 sztuk, jeśli uwzględni się koszt narzędzi wynoszący 15000+ dolarów, jaki wymaga tłoczenie przed wyprodukowaniem pojedynczej części. Ta luka pogłębia się jeszcze bardziej w przypadku-oprzyrządowania do dużych części, które kosztuje wielokrotność cen standardowych matryc.

Oto porównanie głównych alternatyw z tłoczeniem matrycowym w przypadku wielkoformatowych-komponentów metalowych:

Zwróć uwagę na skrzyżowanie. Przy małych nakładach każda alternatywa przewyższa tłoczenie matrycowe pod względem całkowitego kosztu. Przy dużych nakładach tłoczenie bije wszystko, co dotyczy-ekonomii na sztukę. Szara strefa, obejmująca około 3 000 do 15 000 jednostek rocznych w przypadku dużych części, to obszar, w którym decyzja wymaga szczegółowego modelowania, a nie praktycznych zasad. Geometria przechyla szalę: prosty nawias płaski wkracza na obszar tłoczenia przy mniejszych objętościach niż złożona, głęboko tłoczona muszla.

Na szczególną uwagę zasługują odlewy w przypadku dużych elementów konstrukcyjnych. Zarówno odlewy metodą traconego, jak i odlewy piaskowe obsługują geometrię, której nie można odtworzyć za pomocą tłoczenia, a koszty ich oprzyrządowania (wzory zamiast matryc ze stali hartowanej) są zazwyczaj o 30-60% niższe w porównaniu z równoważnymi matrycami do tłoczenia. Kompromisem są luźniejsze tolerancje, dłuższy czas realizacji zamówienia na sztukę i wymagania dotyczące obróbki wtórnej w przypadku krytycznych interfejsów. W przypadku części, w których optymalizacja masy poprzez zmienną grubość ścianki ma większe znaczenie niż ścisła kontrola wymiarowa, odlew często wygrywa niezależnie od objętości.

Uczciwe kadrowanie: tłoczenie matrycowe jest właściwym rozwiązaniem, gdy objętość jest duża, geometria jest zgodna z płaskim-formowaniem półwyrobów, a tolerancje odpowiadają naturalnym wynikom procesu. Gdy którykolwiek z tych warunków zawiedzie, alternatywy nie są kompromisem. To lepsze decyzje inżynieryjne. Kluczem jest rozpoznanie, który stan się pogorszył, zanim zainwestujesz kapitał w narzędzia, które będą działać gorzej.

Wiedza o tym, kiedy stemplować, a kiedy wytwarzać, to połowa wyzwania związanego z oceną dostawcy. Drugą połową jest znalezienie partnera dysponującego sprzętem, wiedzą specjalistyczną w zakresie narzędzi i wiedzą inżynierską, która umożliwi realizację dowolnej ścieżki, która ma sens dla konkretnego-komponentu wielkoformatowego.

Ocena dostawców usług tłoczenia matrycowego pod kątem dużych prac

Znalezienie dostawcy, który może wytłoczyć Twoją część, jest łatwe. Znalezienie takiego, który w ciągu wieloletniego-letniego programu produkcyjnego może niezawodnie stemplować dużą część, z zachowaniem tolerancji, to zupełnie inne zadanie. Możliwości, które odróżniają kompetentnych dostawców tłoczenia metali od tych wyposażonych do pracy ponadgabarytowej, nie są wymienione w broszurze każdej firmy. Trzeba wiedzieć, o co pytać, co weryfikować i jakie czerwone flagi sygnalizują sklep wykraczający poza jego rzeczywiste możliwości.

Kluczowe możliwości do sprawdzenia u dużego-dostawcy tłoczenia części

Zakres tonażu prasy jest oczywistym punktem wyjścia, ale nie poprzestawaj na numerze z tabliczki znamionowej. Zapytaj, gdzie w skoku dostępny jest maksymalny tonaż. Prasa o nacisku 1000 ton, ustawiona w dolnym martwym punkcie, zapewnia tę siłę tylko w BDC. Jeśli szczyt operacji formowania osiąga 2 cale nad dnem, dostępny tonaż może być o 15–20% niższy w zależności od typu prasy. Potrzebujesz wydajności dopasowanej do rzeczywistej krzywej obciążenia, a nie specyfikacji katalogowej.

Maksymalny rozmiar łóżka ma równie duże znaczenie. Firma zajmująca się tłoczeniem metali na zamówienie, twierdząca, że-ma duże możliwości w zakresie części, ale działające prasy z 48-calowymi łożami nie są w stanie pomieścić 80-calowej matrycy progresywnej, której wymaga Twój wspornik konstrukcyjny. Potwierdź wymiary łoża w obu osiach i sprawdź nośność podpór dla matryc ważących kilka ton.

Własna-narzędziownia oddziela poważnych dostawców wytłoczek progresywnych od sklepów, które zlecają wszelkie czynności konserwacyjne na zewnątrz. Duże matryce wymagają regularnego ostrzenia, serwisu sprężyn azotowych i wymiany tulei prowadzącej. Jeśli dostawca wysyła 8-tonową matrycę poza teren zakładu podczas każdego cyklu konserwacji, patrzysz na tygodnie przestojów na każde zdarzenie w porównaniu z dniami w przypadku wewnętrznego pomieszczenia narzędziowego. Jak pokazuje podejście KMC Manufacturing do narzędzi KMC Manufacturing, zintegrowane operacje związane z narzędziami i matrycami, które obejmują projektowanie, budowę i konserwację pod jednym dachem, zapewniają szybszą realizację i ściślejszą kontrolę nad jakością narzędzi w całym cyklu życia programu.

Możliwości symulacji i FEA wskazują, czy dostawca może przewidzieć problemy przed cięciem stali. W przypadku prac wielkoformatowych-próby wirtualnego matrycy pozwalają zaoszczędzić dziesiątki tysięcy na fizycznych iteracjach prób. Zapytaj, czy przeprowadzają symulacje formowania- we własnym zakresie, czy też polegają na tym, że konstruktor matryc poradzi sobie z tym samodzielnie. Najlepsze usługi tłoczenia metali w pobliżu mnie lub gdziekolwiek indziej zatrudniają inżynierów symulacyjnych, którzy współpracują bezpośrednio z operatorami pras i projektantami matryc.

Często pomijana jest dodatkowa zdolność operacyjna. Gratowanie 36-calowego stempla wymaga sprzętu skalowanego pod kątem tej powierzchni. Kontrola wymiarowa przy użyciu współrzędnościowych maszyn pomiarowych wymaga wystarczająco dużej koperty pomiarowej, aby uchwycić pełną geometrię części. Jeśli dostawca zleca kontrolę zewnętrznemu laboratorium-, czas oczekiwania na zatwierdzenie pierwszego artykułu rozciąga się od dni do tygodni. Nawet potrzeby dodatkowe, takie jak usługi etykietowania przy tłoczeniu metali, stają się logistycznie złożone, gdy części są ponadgabarytowe i wymagają specjalistycznego mocowania do operacji znakowania.

Logistyka zasługuje na uwagę. Duże, tłoczone komponenty stwarzają wyzwania związane z obsługą i wysyłką, z którymi mniejsze części nigdy nie mają do czynienia. Opakowanie musi zapobiegać deformacjom podczas transportu.Wysyłka ponadgabarytowych wyrobów metalowychwiąże się ze specjalistycznymi skrzyniami,-metodami mocowania specyficznymi dla ładunku i potencjalnie wydawaniem zezwoleń na przewóz ładunków ponadgabarytowych. Potwierdź, że Twój dostawca posiada sprzęt do transportu materiałów, przestrzeń magazynową i partnerów spedycyjnych, aby móc transportować części bez uszkodzeń.

Certyfikaty jakości stanowią podstawowy sygnał wiarygodności. ISO 9001 oznacza udokumentowany system jakości. IATF 16949 sygnalizuje kontrolę procesu-na poziomie motoryzacyjnym. W przypadku-dużych prac częściowych certyfikaty te mają znaczenie, ponieważ wymuszają stosowanie protokołów statystycznej kontroli procesu i analizy systemu pomiarowego, które wychwytują dryft, zanim stanie się on złomem. Firmy zajmujące się tłoczeniem metali w Wisconsin i w całym środkowo-zachodnim korytarzu przemysłowym często posiadają oba certyfikaty, co odzwierciedla koncentrację popytu na OEM z branży motoryzacyjnej i ciężkiego sprzętu w regionie.

Współpraca ze specjalistami ds. projektowania matryc

Ocena dostawcy nie powinna rozpoczynać się na etapie wyceny. Zaangażowanie o najwyższej-wartości zaczyna się na etapie opracowywania koncepcji, kiedy geometria części jest nadal wystarczająco elastyczna, aby dostosować się do realiów narzędziowych. Współpraca z inżynierami zajmującymi się narzędziami, którzy specjalizują się w-projektowaniu matryc wielkoformatowych, już na najwcześniejszym etapie pozwala uniknąć kosztownego odkrycia, że ​​danej części nie da się ekonomicznie stemplować zgodnie z rysunkiem.

Ta wczesna współpraca ma znaczenie, ponieważ-projektowanie matrycy dużych części wymaga-kompromisów niewidocznych dla projektanta części. Dodanie przeciągu 2-stopni do głęboko tłoczonej ściany może zaoszczędzić 40 000 dolarów na oprzyrządowaniu poprzez wyeliminowanie mechanizmu krzywkowego. Niewielkie przeniesienie funkcji mogłoby zmniejszyć liczbę stacji z dziesięciu do ośmiu, zmniejszając matrycę do mniejszej klasy prasy. Optymalizacje te mają miejsce tylko wtedy, gdy do dyskusji włącza się wiedza z zakresu inżynierii matryc, zanim druk części zostanie zamrożony.

Niestandardowa platforma do tłoczenia firmy YICHENzapewnia jedną ścieżkę dla inżynierów poszukujących tego typu specjalistycznej współpracy, łącząc zespoły narzędziowe z wiedzą specjalistyczną w zakresie projektowania matryc obejmującą konstrukcję, optymalizację przepływu materiałów i inżynierię komponentów do zastosowań wielkoformatowych-. Kiedy wyzwanie koncentruje się na budowie matrycy, która poradzi sobie ze złożonością w szerokim zakresie przy jednoczesnym zachowaniu precyzji, dostęp do dedykowanych zasobów inżynieryjnych przyspiesza czas od projektu-do-produkcji.

Nie każdy dostawca, który może uruchomić Twoją matrycę, może ją dobrze zaprojektować. Niektóre firmy zajmujące się tłoczeniem metali, wśród nich producenci ze stanu Wisconsin, prowadzą doskonałe prasownie, ale zlecają projektowanie matryc stronom trzecim, bez wglądu w konkretną charakterystykę prasy, w której narzędzie będzie działać. Najlepsze wyniki osiągają dostawcy lub partnerstwa dostawców-plus-producentów narzędzi, w przypadku których projektant matrycy zna zachowanie docelowej prasy w zakresie ugięcia, właściwości termiczne i ograniczenia systemu podawania, zanim pierwsza linia zostanie narysowana w CAD.

Tworząc krótką listę-dostawców tłoczenia dużych części, należy mocno uwzględnić następujące kryteria oceny:

• Różnorodność floty prasowej- Wiele pras o różnym wymaganym zakresie tonażu i wielkości złoża, zapewniających rezerwową wydajność w przypadku awarii jednej maszyny z powodu konserwacji
• Własne-narzędziownia z dużą-możliwością matryc- Dostęp do suwnicy, szlifierki do płaszczyzn dostosowane do elementów o dużych gabarytach oraz możliwości obróbki CNC w celu wymiany płytek
• Doświadczenie w projektowaniu matryc- Niezależnie od tego, czy-własnie, czy za pośrednictwem dedykowanego partnera narzędziowego, możliwość projektowania matryc specjalnie pod kątem wyzwań-wielkiego formatu, w tym zarządzania ugięciem, równomiernego rozkładu nacisku i prowadzenia taśmy
• Symulacja MES i formowania- Aktywne wykorzystanie symulacji do sprawdzania przepływu materiału, przewidywania sprężynowania i optymalizowania ciśnienia uchwytu półfabrykatu przed próbą fizyczną
• Jakość infrastruktury- Wydajność maszyny CMM z objętościami pomiarowymi przekraczającymi największy wymiar części oraz systemy statystycznej kontroli procesu śledzące krytyczne wymiary w czasie rzeczywistym
• Transport materiałów i logistyka- Sprzęt do obsługi zwojów dostosowany do dużych ciężarów kręgów, automatyczne rozładunek półfabrykatów, suwnice do wymiany matryc i rozwiązania w zakresie wysyłki wychodzącej części ponadgabarytowych
• Certyfikaty i doświadczenie w branży- Certyfikaty ISO/IATF oraz udokumentowana historia programów obejmująca części o podobnej skali, złożoności i materiale
• Elastyczność zmian inżynierskich- Chęć i możliwość modyfikowania dużych matryc w trakcie-programu, gdy pojawiają się zmiany w projekcie, bez konieczności przebudowy od zera
• Dopasowanie geograficzne i łańcucha dostaw- Bliskość zakładów montażowych w celu zmniejszenia kosztów transportu i szybszej reakcji lub ugruntowana współpraca w zakresie transportu w celu niezawodnej-dostawy na duże odległości

Doświadczenie w projektowaniu matryc zasługuje na podkreślenie jako wyróżnik oddzielający odpowiednich dostawców od wyjątkowych. Każdy warsztat posiadający wystarczająco dużą prasę może uderzyć metal z dużą siłą. Dostawca, który rozumie, dlaczego układ sprężyn azotowych wymaga dwunastu cylindrów zamiast ośmiu lub dlaczego strategia pilotażowa wymaga pośredniej rejestracji na 48-calowym pasku, jest tym, który dostarcza części w tolerancji od jednego trafienia do miliona trafień. Ta dogłębna inżynieria, niezależnie od tego, czy jest wykonywana wewnętrznie, czy też dostępna za pośrednictwem wyspecjalizowanego partnera zajmującego się projektowaniem matryc, jest tym, co przekształca usługę tłoczenia dużych części z transakcji towarowej w program produkcyjny, który faktycznie działa.

Często zadawane pytania dotyczące usługi tłoczenia dużych części

1. Jaki rozmiar kwalifikuje się jako duży udział w tłoczeniu?

Część zazwyczaj kwalifikuje się jako duża, jeśli przekracza 24 cale w dowolnym pojedynczym wymiarze lub wymaga łoża prasy większego niż 72 cale. Grubość materiału powyżej 3 mm (0,120 cala) również powoduje wypychanie komponentów na obszar dużych-części. Waga to kolejny czynnik: gdy gotowe półfabrykaty przekraczają to, co operator może bezpiecznie obsłużyć ręcznie, konieczny staje się transfer mechaniczny lub automatyzacja za pomocą robota, co sygnalizuje klasyfikację dużych-części.

2. Jaki tonaż jest potrzebny do tłoczenia-dużych części?

Wymagania dotyczące tonażu dla dużych części, zarówno z obwodem cięcia, jak i powierzchnią formującą, pomnożone przez grubość materiału. Magazyn o dużej grubości z 12 stacjami z progresywną matrycą zwykle wymaga od 800 do 1200 ton lub więcej. Podwojenie grubości materiału z grubsza podwaja siłę na każdym stanowisku jednocześnie, dlatego też ciężkie operacje tłoczenia elementów o dużych rozmiarach rutynowo wymagają pras o nacisku od 600 do 2000+ ton.

3. Jaka jest różnica pomiędzy tłoczeniem matrycowym progresywnym a tłoczeniem transferowym dużych części?

Matryce progresywne utrzymują część przymocowaną do taśmy na wszystkich stanowiskach formowania, co czyni je idealnymi do-masowej produkcji części, które mieszczą się w granicach szerokości taśmy i nie wymagają głębokich tłoczeń. Matryce transferowe oddzielają część od taśmy za pomocą mechanicznych palców, aby przesuwać poszczególne półfabrykaty pomiędzy stacjami. Tłoczenie transferowe jest odpowiednie dla większych geometrii, głębszych tłoczeń i części wymagających zmiany położenia pomiędzy operacjami. W przypadku komponentów o dużych rozmiarach przekraczających 36 cali, linie transferowe lub tandemowe często stają się jedyną fizycznie wykonalną opcją.

4. Ile kosztuje oprzyrządowanie do tłoczenia-dużych części?

Standardowe matryce progresywne do komponentów małych i średnich- zwykle kosztują od 15 000 do 60 000 dolarów. Duże-matryce do przenoszenia części i linie do ponadgabarytowych paneli konstrukcyjnych lub samochodowych mogą kosztować od 250 000 do ponad 1 000 000 dolarów, jeśli pełny zestaw matryc obejmuje operacje ciągnienia, przycinania, kołnierza i przebijania. Sam materiał matrycy stanowi 20-40% całkowitej inwestycji. Coroczna konserwacja dodaje 5-10% oryginalnej wartości matrycy. Koszty te amortyzują się w stosunku do wielkości produkcji, dzięki czemu-wytłaczanie dużych części jest opłacalne-tylko powyżej określonych progów wielkości, często od 10 000 do 25000+ jednostek rocznych. Niestandardowe rozwiązania w zakresie matryc do tłoczenia firmy YICHEN (https://www.yichen-group.com/stamping-die/) pomagają inżynierom zajmującym się narzędziami w optymalizacji konstrukcji matryc i projektów komponentów w celu zarządzania kosztami w programach narzędzi wielkoformatowych.

5. Kiedy w przypadku dużych części należy wybrać alternatywę zamiast tłoczenia?

Tłoczenie matrycowe może nie być właściwym rozwiązaniem, gdy roczne wolumeny spadają poniżej 3000 do 5000 sztuk, gdy geometria części obejmuje ekstremalne współczynniki rozciągania powyżej 2:1, podcięcia wymagające niepraktycznych mechanizmów krzywkowych lub materiały o grubości powyżej 8 mm. Cięcie laserowe i formowanie na prasie krawędziowej sprawdzają się lepiej w przypadku skomplikowanych profili o małej objętości. Obróbka CNC jest odpowiednia do pracy z grubymi blachami-o wąskiej tolerancji. Spawy obsługują zespoły wielopłaszczyznowe-z elementami wewnętrznymi. Odlewy wyróżniają się organicznymi kształtami o zmiennych przekrojach ścian. Podejścia hybrydowe łączące tłoczenie z procesami wtórnymi często zapewniają najlepszą równowagę kosztów i możliwości.