Progresywne tłoczenie aluminium|Wytnij defekty i złom już od pierwszego dnia

Co to jest tłoczenie progresywne części aluminiowych

Kiedy usłyszysz "progresywne stemplowanie”, prawdopodobnie wyobrażasz sobie taśmę stalową przepływającą przez wielo-narzędzie z szybkością setek uderzeń na minutę. Koncepcja pozostaje taka sama w przypadku aluminium, ale prawie każda decyzja inżynieryjna przesuwa się pod powierzchnię. Jeśli jesteś inżynierem-projektantem określającym geometrię części lub specjalistą ds. zaopatrzenia oceniającym inwestycje w oprzyrządowanie, to rozróżnienie ma większe znaczenie, niż można by się spodziewać.

Co oznacza progresywne tłoczenie aluminium

Stopniowe tłoczenie aluminium to-wysokowydajny proces formowania metalu, podczas którego ciągła cewka stopu aluminium przechodzi przez wielostanowiskową-matrycę i poddawana jest sekwencyjnym operacjom, takim jak przebijanie, gięcie, formowanie i wykrawanie, w wyniku czego przy każdym skoku prasy powstaje gotowa część, przy uwzględnieniu wyjątkowej odkształcalności aluminium, tendencji do zacierania się i właściwości sprężynowania.

Czym więc jest matryca progresywna w praktyce? Jest to precyzyjne narzędzie zawierające wiele stacji rozmieszczonych sekwencyjnie, z których każda wykonuje odrębną operację na pasku przesuwającym się do przodu ze stałym skokiem. Z każdym ruchem prasy gotowa część opuszcza stację końcową. Metoda ta zapewnia wyjątkową powtarzalność i niski-koszt części w skali, dlatego też tłoczenie progresywne dominuje w seriach produkcyjnych od dziesiątek tysięcy do milionów części.

W szczególności w przypadku aluminium matryca progresywna musi być zaprojektowana wokół materiału, który na każdym stanowisku zachowuje się zasadniczo inaczej niż stal.

Dlaczego aluminium wymaga innego podejścia

Niższy moduł Younga aluminium oznacza znacznie większe sprężystość po każdej operacji formowania. Badania porównujące aluminium i stal w identycznych narzędziach pokazują, żeelement aluminiowy będzie charakteryzował się wyższą sprężynąniż jego stalowy odpowiednik, wymagający kompensacji wygięcia wbudowanej bezpośrednio w geometrię stacji.

Oprócz sprężynowania, progresywne tłoczenie aluminium stwarza wyzwania, które rzadko spotyka stal:

• Tendencja do irytowania- Aluminium przywiera do niepowlekanych powierzchni stali narzędziowej pod ciśnieniem, tworząc osad materiału, który uszkadza zarówno matrycę, jak i część.
• Mniejsza zdolność do odkształcenia po przewężeniu- W przeciwieństwie do stali aluminium nie jest w stanie wytrzymać znacznych dodatkowych odkształceń po rozpoczęciu przewężania, przez co jest znacznie mniej odporne na warunki formowania brzeżnego.
• Zmniejszona wartość R-- Niższy współczynnik Lankforda aluminium koncentruje odkształcenie na grubości blachy, a nie rozprowadza je po powierzchni, wpływając na zachowanie przy rozciąganiu i pocienienie ścianek.
• Zmienne utwardzanie przez odkształcenie- Wartość n-w aluminium spada wraz ze wzrostem odkształcenia w kierunku równomiernego wydłużenia, co oznacza, że ​​materiał traci zdolność do równomiernego rozkładania naprężeń w dalszej części procesu formowania.

Właściwości te nie dyskwalifikują aluminium do tłoczenia metodą progresywną. Wymagają po prostu, aby projekt matrycy, strategia smarowania, dobór stopu i parametry prasy były dostosowane do innego zestawu zasad. W poniższych sekcjach omówiono te zasady stacja po stacji, stop po stopie i defekt po defektu, podając szczegóły techniczne, które pomijają ogólne przewodniki dotyczące tłoczenia.

Jak proces progresywnego tłoczenia działa w przypadku aluminium

Zachowanie materiału aluminium zmienia to, co dzieje się w każdym punkcie pomiędzy rozwijaczem a pojemnikiem na części. Proces tłoczenia progresywnego przebiega według tej samej szerokiej sekwencji niezależnie od materiału, ale parametry techniczne, odstępy między stacjami i ograniczenia prędkości znacznie się zmieniają w przypadku zamiany cewki stalowej na aluminiową.

Stacja-według-przebiegu procesu stacji

Wyobraź sobie cewkę z aluminium 5052-H32 o grubości 0,040 cala, załadowaną na rozwijarkę. Od tego momentuprogresywny proces tłoczeniarozwija się w ściśle kontrolowanej kolejności:

1. Odwijanie i prostowanie- Aluminiowa cewka rozwija się przez prostownicę, która usuwa zestaw cewek. Ponieważ aluminium jest bardziej miękkie i bardziej podatne na powstawanie śladów na powierzchni, w rolkach prostownicy zazwyczaj stosuje się polerowane powierzchnie lub-powłoki niemetaliczne, aby uniknąć odciskania paska.
2. Karmienie- Serwo lub podajnik chwytakowy przesuwa taśmę o precyzyjną odległość (podziałkę) przy każdym suwie prasy. Niższa sztywność aluminium w porównaniu ze stalą oznacza, że ​​systemy podawania muszą być dostrojone, aby uniknąć wyboczenia taśmy pomiędzy podajnikiem a matrycą.
3. Zaangażowanie pilota- Kołki prowadzące wchodzą do wcześniej przebitych otworów, aby zarejestrować pasek z dokładnością{1} tysięczną, zanim nastąpi jakiekolwiek formowanie. Stała jakość otworu prowadzącego jest krytyczna, ponieważ miękkość aluminium może spowodować, że ślady po kołkach odkształcą się w otaczającym materiale, jeśli prześwity będą zbyt luźne.
4. Przekłuwanie i wygaszanie- Dziurkacze wycinają otwory i profile w aluminium. Wytrzymałość na ścinanie w przypadku typowych stopów aluminium jest mniej więcej jedną-w porównaniu do stali miękkiej, więc tonaż przebijania spada proporcjonalnie, ale kontrola zadziorów wymaga mniejszych odstępów między stemplem a-matrycą.
5. Formowanie i gięcie- Stacje kształtują płaski pasek w trójwymiarową geometrię-. Kąty wygięcia są wbudowane w oprzyrządowanie, aby skompensować wyższą sprężynę aluminium.
6. Wybijanie lub wytłaczanie (w razie potrzeby)- Kompresja zlokalizowana poprawia wymiary lub dodaje funkcje. Aluminium płynie łatwiej pod obciążeniem ściskającym, więc siły formowania są mniejsze, ale muszą być dokładnie kontrolowane, aby zapobiec wytłaczaniu materiału.
7. Odcięcie i wyrzucenie- Gotowa część oddziela się od paska nośnego i zostaje wyrzucona przez podmuch powietrza,-wyrzucenie mechaniczne lub grawitację. Lekkie części aluminiowe są szczególnie podatne na przywieranie statyczne lub spadanie wewnątrz matrycy, dlatego systemy wyrzucania wymagają pozytywnego potwierdzenia.

Taśma aluminiowa jest powszechnie przetwarzana w grubościach od0,002 cala do 0,080 cala, chociaż optymalny punkt dla większości zastosowań w zakresie progresywnego tłoczenia mieści się w przedziale od 0,010 cala do 0,063 cala. Cieńsze mierniki umożliwiają wykonywanie skomplikowanych małych elementów, ale wymagają większej liczby stanowisk, aby uniknąć rozdarcia. Grubszy materiał może wytrzymać agresywne formowanie w mniejszej liczbie stanowisk, wymaga jednak większego tonażu i szerszych odległości postępowych.

Rozważania dotyczące siły nacisku i prędkości dla aluminium

Niższa wytrzymałość aluminium na rozciąganie, zwykle od 10 000 do 45 000 PSI w zależności od stopu i stanu, w porównaniu z 50000+ PSI dla stali miękkiej, bezpośrednio zmniejsza tonaż wymagany na każdej stacji. Thewzór na siłę wygaszania(obwód x grubość x wytrzymałość na ścinanie) daje w przybliżeniu 30-50% mniejszy tonaż dla aluminium niż dla równoważnej geometrii części stalowej. Brzmi to jak darmowa zaleta, ale wprowadza subtelność: progresywna prasa do tłoczenia dostosowana do aluminium pracuje z ułamkiem jej wydajności znamionowej, co może skusić operatorów do zwiększenia prędkości powyżej tej, którą faktycznie umożliwia zachowanie materiału przy formowaniu.

Operacje tłoczenia progresywnego z dużą prędkością w stali i stopach miedzi mogą osiągnąć od 800 do 1500 uderzeń na minutę (SPM) na płaskich lub płytko-formowanych częściach. Aluminium umożliwia porównywalne prędkości w przypadku prostych operacji-tylko przebijania lub płaskich-wykrawań, ale stanowiska formowania stają się czynnikiem ograniczającym. Każde zgięcie lub rozciągnięcie generuje ciepło tarcia, które aluminium pochłania inaczej niż stal. Wysoka przewodność cieplna aluminium szybko rozprowadza ciepło, co pomaga zapobiegać powstawaniu gorących punktów, ale jego niska temperatura topnienia i tendencja do zatykania oznaczają, że nadmierna prędkość przyspiesza rozkład smaru i zużycie kleju na powierzchniach stempla.

W praktyce szybkie tłoczenie metalu z aluminium w matrycach progresywnych zazwyczaj działa w zakresie od 200 do 600 SPM w przypadku części wymagających wielu stanowisk formowania. Proste, płytkie geometrie z minimalnym ugięciem mogą przesuwać się wyżej. Kluczowym ograniczeniem nie jest prasa ani podajnik; to interakcja pomiędzy aluminium i oprzyrządowaniem przy dużej prędkości, gdzie temperatura i zacieranie stają się praktycznym sufitem.

Zmienia się także układ stacji. Ponieważ każda operacja formowania aluminium wymaga dużego wygięcia, a materiał jest mniej odporny na złożone odkształcenia w jednym uderzeniu, inżynierowie często dzielą skomplikowane zagięcia na dwie lub trzy stacje, zamiast je łączyć. Zwiększa to długość matrycy i koszty, ale zapobiega pękaniu, co z kolei chroni odsetek złomów w długich seriach produkcyjnych.

Przewodnik po wyborze stopów aluminium i temperamentu do tłoczenia

Dzielenie zagięć na wiele stacji chroni integralność części, ale matryca może to kompensować do pewnego stopnia tylko wtedy, gdy przychodzący materiał od początku walczy z procesem. Wybór stopu i temperamentu ma decydujący wpływ na sukces lub porażkę w procesie stopniowego tłoczenia metalu, często na kilka miesięcy przed pojawieniem się matrycy w prasie. Wybierz stop, który jest zbyt twardy, a spowoduje to pękanie części na stanowiskach formowania. Wybierz taki, który jest zbyt miękki, a pokonasz zadziory, zniekształcenia i niestabilność wymiarową w nakładzie miliona-sztuk.

Cel jest prosty: dopasować kombinację-stopu do wymagań-końcowego zastosowania części i wymagań formowania matryc progresywnych. Poniższe tabele przedstawiają uporządkowany sposób na dokonanie tego dopasowania.

Porównanie stopów aluminium do tłoczenia progresywnego

Cztery rodziny stopów pokrywają zdecydowaną większość zastosowań w zakresie progresywnego tłoczenia metali. Każdy z nich zapewnia inną równowagę odkształcalności, wytrzymałości i odporności na korozję. Oto porównanie, jeśli zostały ocenione specjalnie pod kątem wielostanowiskowego stemplowania progresywnego:

Wyłania się kilka wzorców. Stopy serii 1xxx i 3xxx są najważniejszymi materiałami do progresywnego tłoczenia, ponieważ oferują najszerszy zakres formowalności. Można je przepychać przez złożone sekwencje składające się z wielu-stanowisk, w tym płytkie wciąganie, lancę-i-formowanie oraz ciasne zakręty, przy minimalnym ryzyku pęknięcia.

5052 zajmuje środek. Zapewnia znacznie wyższą wytrzymałość i doskonałą odporność na korozję (ocena A dla ogólnej i-odporności na pękanie korozyjne naprężeniowe naDane dotyczące wyboru stopu United Aluminium), dzięki czemu można go-używać tam, gdzie części muszą przetrwać w środowisku morskim lub na zewnątrz. Kompromis polega na tym, że granice formowania są bardziej rygorystyczne, szczególnie w przypadku twardszych temperamentów.

Wartość odstająca to 6061. Można go-obrabiać termicznie i jest mocny, ale jego przydatność do stopniowego tłoczenia zależy prawie całkowicie od stanu temperamentu. W stanie O (wyżarzonym) formuje się dość dobrze. W T6 jest to zbyt trudne na cokolwiek poza łagodnymi zakrętamiprawdopodobne jest wystąpienie mikro lub makropęknięćpodczas operacji formowania. Jeśli geometria części wymaga agresywnego formowania, a zastosowanie wymaga właściwości 6061-T6, typowym podejściem jest stemplowanie w stanie O i późniejsza obróbka cieplna.

Jak oznaczenia temperamentu wpływają na odkształcalność

W tym miejscu potyka się wielu inżynierów. Możesz wybrać idealnie odpowiedni stop i nadal niszczyć części w prasie, jeśli temperatura jest nieodpowiednia. Temper określa twardość, plastyczność i zdolność odkształcenia materiału, a w przypadku progresywnego tłoczenia metalu właściwości te decydują o tym, czy na każdym stanowisku wytwarzana jest dobra część, czy pęknięta.

Do progresywnych materiałów do tłoczenia odnoszą się dwie główne rodziny temperamentów:

• H. temperuje(-utwardzany przez odkształcenie) - Stosowany w przypadku-cieplnych-stopów, takich jak 1100, 3003 i 5052. Materiał jest poddawany-obróbce na zimno w celu zwiększenia wytrzymałości, po czym czasami następuje częściowe wyżarzanie w celu stabilizacji.
• T temperament(-obróbka cieplna) - Stosowany ze stopami-obrabianymi cieplnie, takimi jak 6061. Materiał poddawany jest obróbce cieplnej przesycającej i starzeniu, aby osiągnąć docelowe właściwości.

Powyższe wartości promieni zgięcia zostały zaczerpnięte z zalecanych minimalnych promieni zgięcia dla formowania na zimno pod kątem 90 stopni przy grubości 1/8 cala. Reprezentują najciaśniejsze zagięcie, jakie można wykonać bez złamania przy użyciu standardowych narzędzi. W przypadku matryc progresywnych pracujących z prędkością produkcyjną należy dodać margines powyżej tych minimalnych wartości, ponieważ warunki dynamiczne, naprężenie taśmy i skumulowane odkształcenie na wielu stacjach zmniejszają efektywną odkształcalność w porównaniu z pojedynczym statycznym zagięciem prasy krawędziowej.

Zwróć uwagę na skok pomiędzy H14 i T6. Arkusz 5052-H14 wygina się gładko z promieniem około 1 tony, podczas gdy 6061-T6 przy tej samej grubości wymaga 2,5 tony, w przeciwnym razie materiał pęka. Różnica ta przekłada się bezpośrednio na geometrię stacji matrycy, obliczenia wygięcia i liczbę wymaganych stacji formujących.

Dopasowanie stopu i temperamentu do potrzeb zastosowania

Brzmi skomplikowanie? Nie musi tak być. Zacznij od dwóch pytań:

• Czego potrzebuje dana część, aby przetrwać w eksploatacji?(Wytrzymałość, korozja, przewodność, wygląd)
• Jakie operacje formowania wykona matryca progresywna?(Liczba zagięć, minimalne promienie, głębokość tłoczenia, wybijanie)

Kiedy te dwie odpowiedzi są sprzeczne, jak to często bywa, dostępne są następujące opcje:

• Wybierz łagodniejszy stan do tłoczenia i-procesu końcowego do uzyskania ostatecznych właściwości (stemplowanie 6061-O, następnie obróbka cieplna do T6).
• Wybierz inny stop, który spełnia zarówno wymagania w zakresie formowania, jak i obsługi (5052-H32 często zastępuje 6061-T6 w częściach wymagających umiarkowanej wytrzymałości i odkształcalności).
• Przeprojektuj promienie zgięcia i cechy, aby nie przekraczać granic formowania docelowego-stopu.

W przypadku-wytłaczania progresywnego w dużych ilościach najczęściej spotykane pary to 1100-H14 do części elektrycznych i termicznych, 3003-H14 do obudów i wsporników ogólnego przeznaczenia oraz 5052-H32 do wszystkiego, co wymaga wytrzymałości konstrukcyjnej lub odporności na korozję. Te trzy kombinacje pokrywają około 80% zastosowań aluminiowych matryc progresywnych, ponieważ zapewniają najlepszą równowagę pomiędzy tym, co może uformować matryca, a tym, co musi zapewnić gotowa część.

Stop i temperament wyznaczają granice tego, co jest możliwe. Kolejnym wyzwaniem jest zaprojektowanie geometrii części, która mieści się w tych granicach, a jednocześnie spełnia wymagania funkcjonalne, i tu w grę wchodzą zasady DFM specyficzne dla-aluminium.

Projektowanie zgodnie z wytycznymi dotyczącymi wykonalności specyficznymi dla aluminium

Dane dotyczące stopów i temperamentu mówią, z czym może sobie poradzić materiał. Przełożenie tego na geometrię części, która faktycznie wytrzyma wielostanowiskową matrycę progresywną przy pełnej prędkości produkcyjnej, to zupełnie inna dziedzina. Poniższe zasady DFM są skalibrowane dla aluminium, a nie zapożyczone z podręczników dotyczących stali z zastosowanym luźnym współczynnikiem korygującym. Postępuj zgodnie z nimi podczas projektowania części, a unikniesz najczęstszych źródeł złomu, przeróbek i uszkodzeń matrycy w progresywnym projektowaniu matryc.

Zasady dotyczące minimalnych promieni zgięcia i grubości ścianki

Zakręty to miejsca, w których najczęściej ulegają awariom części aluminiowe. Dociśnij promień zbyt mocno dla kombinacji-stopu, a wzdłuż zewnętrznego włókna zagięcia utworzą się mikro-pęknięcia. W matrycy progresywnej wykonującej setki uderzeń na minutę ten tryb awarii nie pojawia się w jednej części; pojawia się na tysiącach, zanim ktokolwiek go złapie.

Oto praktyczne wartości minimalne dla stopów najczęściej przepuszczanych przez matryce progresywne:

• 1100-O i 3003-O:Minimalny wewnętrzny promień zgięcia od 0t do 0,5t. Te w pełni wyżarzone stopy tolerują wyjątkowo ciasne zgięcia, nawet w przypadku obróbki progresywnej z dużą prędkością.
• 1100-H14 i 3003-H14:Minimalny wewnętrzny promień zgięcia 1t. Stan pół-twardy nadal pozwala na ostre zakręty, ale materiał traci część rezerwy naprężenia dla kolejnych stanowisk.
• 5052-H32:Minimalny wewnętrzny promień zgięcia od 1t do 1,5t. Stop ten dobrze wygina się w poprzek włókien, ale jest zauważalnie mniej wyrozumiały równolegle do kierunku walcowania. Jeśli to możliwe, projekt wygina się prostopadle do włókien.
• 6061-T4:Minimalny promień zgięcia wewnętrznego 1,5t. Dopuszczalne w przypadku umiarkowanie progresywnego formowania matrycowego, gdy zagięcia nie są silne.
• 6061-T6:Minimalny wewnętrzny promień zgięcia wynoszący2t do 5tw zależności od grubości i orientacji ziaren. Generalnie należy unikać formowania-intensywnie progresywnych matryc, chyba że następuje tłoczenie w stanie O i-obróbka cieplna.

W przypadku grubości ścianki, progresywna konstrukcja matrycy działa najskuteczniej w zakresie od 0,010 cala do 0,063 cala dla aluminium. Poniżej 0,010 cala taśma traci sztywność i wygina się pomiędzy stacjami. Powyżej 0,080 cala wymagania dotyczące tonażu rosną i zaczynasz potrzebować większych odstępów między stanowiskami, co wydłuża matrycę i zwiększa koszty oprzyrządowania. Praktyczny optymalny punkt dla większości aluminiowych części matryc progresywnych wynosi od 0,020 cala do 0,050 cala, co równoważy plastyczność ze sztywnością strukturalną gotowego elementu.

Odprawa matrycy i kompensacja sprężynowania

Luz matrycy, odstęp między krawędziami tnącymi stempla i matrycy, kontroluje wysokość zadziorów, jakość krawędzi i trwałość narzędzia. Tłoczenie stali zwykle wykorzystuje 5-10% grubości materiału na stronę. Aluminium wymaga mniejszych odstępów, aby uzyskać czyste krawędzie, ponieważ materiał jest bardziej miękki i raczej rozdziera się niż ścina, gdy szczelina jest zbyt duża.

Zalecany luz stempla-do-matrycy dla aluminium w matrycach progresywnych:

• Stopy miękkie (1100, 3003):5-7% grubości materiału na stronę.
• Stopy średnie (5052): 6-10% grubości materiałuna stronę.
• Stopy twarde (6061-T6):8-12% grubości materiału na stronę. Wyższa wytrzymałość wymaga nieco większego luzu, aby uniknąć nadmiernego zużycia stempla.

Springback to druga połowa równania, w której aluminium znacznie różni się od stali. Kiedy część stalowa zgina się do 90 stopni, może odskoczyć o 1-2 stopnie. Ta sama geometria w aluminium cofa się o 2-3 stopnie w przypadku miękkich stopów, takich jak 5052-H32 i o 5-7 stopni lub więcej w przypadku 6061-T6. W konstrukcji matrycy progresywnej nie można ręcznie regulować każdej części. Kompensacja musi być wbudowana bezpośrednio w geometrię stacji.

Precyzyjne operacje tłoczenia i tłoczenia aluminium zazwyczaj dotyczą sprężystości w wyniku nadmiernego zginania. Stempel formujący przesuwa materiał poza docelowy kąt, dzięki czemu rozluźnia się on z powrotem do prawidłowego położenia. W przypadku zagięcia 90-stopni w 5052-H32 stanowisko matrycy formuje się pod kątem około 87–88 stopni. W przypadku 6061-T6 możesz potrzebować 83-85 stopni, aby wylądować pod kątem 90 po powrocie sprężystym. Wartości te należy zawsze weryfikować trafieniami testowymi podczas prób matrycy, ponieważ różnice w temperamencie między partiami mogą przesunąć sprężynowanie o 1-2 stopnie.

Odstępy między elementami i wiązania geometryczne

Umieszczenie elementów względem zagięć, krawędzi i innych elementów określa, czy część wychodzi z matrycy czysta, czy zniekształcona. Zasady te odzwierciedlają sposób, w jaki aluminium płynie i odkształca się inaczej niż stal podczas tłoczenia progresywnego:

• Odległość otworu-do-zgięcia:Zachowaj przynajmniej przekłute dziury2x grubość materiałuod najbliższej stycznej linii zagięcia. Bliższe umieszczenie powoduje zniekształcenie otworów w owale podczas formowania, ponieważ miękkość aluminium umożliwia przepływ otaczającego materiału do otworu.
• Odległość otworu-do-krawędzi:Zachowaj grubość materiału co najmniej 1,5x pomiędzy krawędzią dowolnego otworu a krawędzią arkusza. Zapobiega to rozdarciu krawędzi podczas przebijania i zachowuje integralność strukturalną wokół elementu.
• Minimalna średnica otworu:Nie mniejsza niż 1x grubość materiału dla otworów okrągłych. Szczeliny powinny mieć szerokość co najmniej 1x grubości. Mniejsze cechy powodują nadmierne ugięcie stempla i przyspieszone zużycie aluminium.
• Odstępy między obiektami-do-:Zachowaj co najmniej 2-krotną grubość materiału pomiędzy sąsiednimi otworami lub wycięciami, aby zapobiec wyboczeniu wstęgi pomiędzy elementami podczas przebijania.
• Minimalna długość kołnierza:Co najmniej 3x grubość materiału od promienia wewnętrznego do krawędzi kołnierza. Krótsze kołnierze nie łączą się prawidłowo z oprzyrządowaniem formującym i powodują niespójne kąty zgięcia.
• Wysokość wytłoczenia:Ograniczenie do 3x maksymalnej grubości materiału dla standardowego progresywnego formowania matrycowego. Głębsze wytłoczenia wymagają dodatkowych stacji i mogą powodować rozdarcie w przypadku twardszych temperamentów.

Te zasady odstępów współdziałają ze sobą. Wyobraź sobie, że projektujesz wspornik z trzema otworami w pobliżu linii zagięcia. Jeśli otwory są odpowiednio oddalone od siebie, ale zbyt blisko zagięcia, wszystkie trzy ulegną odkształceniu podczas formowania. Sprawdź każdą cechę zarówno pod kątem sąsiadów, jak i najbliższej operacji formowania.

Osiągalne tolerancje w procesie progresywnego tłoczenia aluminium zazwyczaj mieszczą się w zakresie +/-0,05 mm do +/-0,10 mm w przypadku wymiarów półfabrykatów i elementów przebijanych. Wymiary uformowane, takie jak kąty zgięcia, wysokości kołnierzy i głębokości uformowania, mają szersze zakresy tolerancji, zazwyczaj +/-0,10 mm do +/-0,25 mm, ponieważ zmiany sprężynowania wprowadzają dodatkową niepewność. Precyzyjne matryce i tłocznie, wyposażone w dobrze utrzymane narzędzia aluminiowe z czujnikiem wbudowanym w matrycę, mogą konsekwentnie utrzymywać węższy koniec tych zakresów w seriach przekraczających 500 000 części.

Powtarzalność w długich seriach to miejsce, w którym właściwości aluminium stanowią wyjątkowe wyzwanie. Aluminium gromadzi się na powierzchniach stempla i matrycy w wyniku zatarcia, które stopniowo zmienia luzy i charakterystykę zadziorów. Progresywny projekt matrycy do aluminium musi uwzględniać zaplanowane okresy konserwacji mające na celu czyszczenie zabrudzonych powierzchni i ponowne-polerowanie końcówek stempli. Bez tej dyscypliny tolerancje zmieniają się w miarę postępu cyklu, nawet jeśli matryca na początku tnie idealnie.

Po zablokowaniu geometrii i wbudowaniu reguł DFM w model CAD kolejną zmienną determinującą współczynnik złomowania jest efektywność wykorzystania materiału przez układ pasków, co jest szczególnie istotne, gdy cena zwoju aluminium za funt jest wyższa niż stali miękkiej.

Układ pasków i optymalizacja zagnieżdżania zwojów aluminium

Cewka aluminiowa kosztuje zwykle od dwóch do trzech razy więcej za funt niż stal miękka. Ta różnica w cenie oznacza, że ​​każdy punkt procentowy wykorzystania materiału ma większy wpływ na koszt części. Układ pasków, w którym wykorzystanie stali wynosi 72%, może być tolerowany. Ten sam układ aluminiowych marginesów spadów przy każdym pociągnięciu. Inteligentny układ pasków i zagnieżdżanie to obszary, w których progresywne oprzyrządowanie matrycowe zwraca się samoistnie lub gdy złe planowanie po cichu powoduje utratę zysków przez miliony cykli.

Projekt taśmy nośnej i strategia pilotażowa

Pasek nośny utrzymuje część przymocowaną do cewki podczas jej przemieszczania się przez każdą stację. W przypadku aluminium konstrukcja nośnika musi równoważyć dwa konkurencyjne cele: utrzymanie paska wystarczająco stabilnego, aby umożliwić dokładne podawanie, oraz utrzymanie nośnika wystarczająco wąskiego, aby zminimalizować straty materiału.

Szerokość nośnika powinna być co najmniej dwukrotnie większa od grubości materiału, aby zapobiec rozdarciu podczas przesuwania, ale szersze nośniki na pasku aluminiowym spalają kosztowny materiał, który staje się złomem. Wsporniki środkowe sprawdzają się dobrze, gdy formowanie odbywa się po obu stronach profilu części. Zewnętrzne nośniki zapewniają dostęp do elementów formowania centralnego, ale dodają materiał na obu krawędziach. Jedno-jednostronne nośniki oszczędzają materiał, ale mogą powodować boczne dryfowanie cienkich pasków aluminium, ponieważ materiałowi brakuje sztywności stali, aby wytrzymać asymetryczne siły formujące.

Otwory pilotujące pełnią funkcję systemu pasującego listwy. Uderzane na początku sekwencji, przyjmują kołki pilotujące na każdej kolejnej stacji, aby zablokować pozycję przed uruchomieniem jakiejkolwiek operacji. W przypadku aluminium rozmieszczenie otworów prowadzących wymaga dodatkowej uwagi: miękkość materiału oznacza, że ​​kołki prowadzące mogą wydłużać otwory w tysiącach cykli, jeśli dopasowanie jest zbyt ciasne. Powszechnym podejściem jest umieszczenie dedykowanych otworów prowadzących na samej taśmie nośnej, zamiast wykorzystywania funkcjonalnych otworów częściowych jako pilotów. Zachowuje to tolerancje otworów w gotowej części i zapewnia pilotom dedykowaną, wymienną strefę zaangażowania.

Gdy potrzebne są dwa zestawy pilotów do długich matryc lub złożonych sekwencji, wykrawanie obu zestawów jednocześnie na jednej stacji eliminuje dryfowanie w wyrównaniu pomiędzy parami pilotów, co jest szczegółem, który ma większe znaczenie w przypadku aluminium, ponieważ nawet niewielkie błędne pasowanie powoduje widoczne odkształcenie miękkiego materiału.

Techniki zagnieżdżania maksymalizujące wydajność materiału

Zagnieżdżanie odnosi się do sposobu, w jaki części są zorientowane i rozmieszczone na szerokości paska, aby wydobyć maksimum gotowych części z minimalnej ilości surowca. Przy wyższych kosztach aluminium nawet 5% poprawa wykorzystania w serii 500 000 sztuk przekłada się na znaczne oszczędności.

Zasady optymalizacji układu listew kluczowych przy progresywnym tłoczeniu aluminium:

• Minimalizuj dystans progresji.Krótsza podziałka oznacza mniej materiału na część. Jednakże odstęp musi pozostać wystarczająco długi, aby umożliwić działanie największej stacji bez zakłócania sąsiadujących obiektów. W przypadku aluminium należy utrzymywać podziałkę tak małą, jak pozwala na to geometria formowania, starając się zachować mniej niż 10% martwej przestrzeni pomiędzy profilami części wzdłuż kierunku posuwu.
• Zorientuj części, aby zmaksymalizować wykorzystanie szerokości paska.Obracaj lub odbijaj części tak, aby szkielet złomu pomiędzy profilami był tak cienki, jak to możliwe konstrukcyjnie. Rozważ zagnieżdżenie dwu-zewnętrzne lub naprzemienne w przypadku części symetrycznych, jeśli pozwala na to szerokość paska.
• Wyrównaj krytyczne zagięcia prostopadle do kierunku włókien.Odkształcalność aluminium jest kierunkowa. Kierunek walcowania tworzy orientację ziaren, która wpływa na plastyczność zginania. Ustawianie części tak, aby główne zagięcia przebiegały w poprzek włókien, zmniejsza ryzyko pękania, nawet jeśli nieznacznie zmniejsza wykorzystanie. Poprawa niezawodności zazwyczaj przewyższa utratę materiału o 2-3%.
• Jeśli pozwala na to geometria, należy stosować nośniki lancy.Nośniki lancy powstają w wyniku nacięcia, a nie przycinania, co zmniejsza ilość odpadów poprzez utrzymywanie przyczepionego materiału. To podejście sprawdza się dobrze w przypadku aluminium, ponieważ miękkość materiału umożliwia czyste nakłucie bez nadmiernego golenia i zadziorów.
• Zaprojektuj ujemne i dodatnie wycięcia obejścioweaby kontrolować postęp pasków i zapobiegać-błędom podawania. W matrycach do tłoczenia blachy nacięcia obejściowe umożliwiają prawidłowy przesuwanie taśmy nawet w przypadku wystąpienia błędu podawania, zapobiegając awariom matrycy. W przypadku aluminium geometria nacięcia powinna unikać ostrych narożników wewnętrznych, które skupiają naprężenia i stwarzają ryzyko rozerwania nośnika podczas-posuwu z dużą prędkością.

Ujemne i dodatnie nacięcia obejściowe w matrycach do tłoczenia blachy odgrywają kluczową rolę w niezawodności podawania. Dodatnie nacięcie to materiał pozostawiony na pasku, który styka się z blokiem zatrzymującym; ujemne nacięcie oznacza usunięcie materiału, dzięki czemu pasek może swobodnie przechodzić. W przypadku aluminium zaokrąglij wewnętrzne rogi ujemnych nacięć do promienia co najmniej 0,5 t, aby zapobiec inicjacji mikro-pęknięć, które mogłyby rozprzestrzeniać się pod wpływem cyklicznego napięcia zasilania.

Odległość postępu wpływa również bezpośrednio na prędkość prasy. Krótszy odstęp umożliwia szybsze cykle, ponieważ podajnik przemieszcza mniej materiału na skok, co zmniejsza obciążenia związane z przyspieszaniem i zwalnianiem. W przypadku cewek aluminiowych, gdzie masa taśmy na jednostkę długości jest mniejsza niż w przypadku stali, krótsza podziałka w połączeniu z lekkim materiałem umożliwia progresywne konfiguracje narzędzi i matryc, aby pracować z wyższą granicą zakresu prędkości bez utraty dokładności podawania. Komponenty matrycy progresywnej odpowiedzialne za transport taśmy, w tym podnośniki, prowadnice materiału i sam podajnik, wszystkie korzystają ze zmniejszonych obciążeń bezwładnościowych, gdy podziałka pozostaje zwarta.

Zależność działa w obie strony. Jeśli geometria części wymusza długą drogę postępu, prędkość posuwu musi się zmniejszyć, aby serwo podajnik miał wystarczająco dużo czasu na przyspieszenie i spowolnienie taśmy bez przeregulowania. W przypadku aluminium przeregulowanie powoduje nie tylko błędną rejestrację; może zapiąć pasek między podajnikiem a wejściem do matrycy, ponieważ materiał nie ma wytrzymałości kolumnowej stali przy równoważnej grubości.

Kierunek słojów zasługuje tutaj na jeszcze jedną wzmiankę. Jeśli ustawisz część tak, aby maksymalnie ją wykorzystać, ale krytyczne zagięcia umieścisz równolegle do kierunku walcowania, możesz zyskać 4% oszczędności materiału i stracić wszystko w postaci złomu powstałego w wyniku-pękania linii zgięcia. Zawsze sprawdzaj orientację w oparciu o dane dotyczące odkształcalności kierunkowej stopu przed zablokowaniem układu.

Decyzje dotyczące układu taśmy wpływają na koszt materiału i zachowanie posuwu przez cały okres użytkowania narzędzia. Jednak nawet idealnie zagnieżdżony pasek o wydajnym nachyleniu będzie wytwarzał wadliwe części, jeśli nie będzie zarządzane połączenie pomiędzy aluminium a powierzchniami narzędzia, a wtedy kluczową rolę odgrywa dobór środka smarnego i kontrola wykończenia powierzchni.

Rozważania dotyczące smarowania i wykończenia powierzchni aluminium

Aluminium wykorzystuje nie tylko progresywne tłoczniki. To z nimi wiąże. Kiedy blacha aluminiowa ślizga się pod naciskiem po niezabezpieczonej stali narzędziowej, miejscowe ciepło powstałe w wyniku odkształcenia plastycznego może spowodować mikro-spawanie cząstek aluminium bezpośrednio z powierzchnią matrycy. Jest to denerwujące i jest to najbardziej niszczycielski tryb awarii charakterystyczny dla aluminium w matrycach do tłoczenia progresywnego. Pozostawione bez kontroli osady zacierające osadzają się na każdej kolejnej części, poszerzają prześwity i wymuszają nieplanowaną konserwację matrycy, co skraca czas sprawności produkcji.

Naprawa wymaga dwóch skoordynowanych strategii: odpowiedniego smaru zapobiegającego kontaktowi metalu--z metalem oraz odpowiedniej powierzchni narzędzia, która zapobiega przyleganiu nawet w przypadku rozrzedzania się smaru na stacjach-wysokociśnieniowych.

Wybór środka smarnego zapobiegającego zacieraniu się

Wybór smaru do aluminium nie jest tą samą decyzją, którą podjąłbyś w przypadku stali. Zacieranie się stali wynika przede wszystkim z tarcia dynamicznego. Przywieranie aluminium wynika z innego mechanizmu: miejscowego topnienia spowodowanego ciepłem wytwarzanym podczas odkształcenia plastycznego. Skuteczny smar graniczny musi pozostać na miejscu podczas zamykania matrycy i skoków ciśnienia, a nie wyciskać ze strefy styku pod obciążeniem.

Badania przeprowadzone w Centrum Zaawansowanej Produkcji i Materiałów Uniwersytetu w Oakland sprawdzały progi zatarcia aluminium AA5754 w różnych warunkach smarowania. Wyniki są pouczające. Zbez smarowania, zacieranie inicjuje się już przy średnim nacisku kontaktowym wynoszącym zaledwie 7 MPaniezależnie od materiału matrycy. Nałóż suchą warstwę smaru, taką jak Drycote 2-90, a próg podskoczy do 28-40 MPa, w zależności od wkładki matrycy. Olej młyński (61AUS przy 50 mg/ft2) podniósł je do 23-26 MPa. Wniosek na wynos: suche miejsca w dowolnym miejscu matrycy do tłoczenia progresywnego są katastrofalne dla aluminium, a suche powłoki smarne przewyższają konwencjonalne oleje walcownicze pod względem odporności na zacieranie.

Oto porównanie trzech głównych kategorii środków smarnych w przypadku progresywnego tłoczenia aluminium:

• Smary o suchej warstwie (np. Drycote 2-90):Nakładany na cewkę przed tłoczeniem. Zapewniają najwyższy próg zatarcia i najniższy współczynnik tarcia (umożliwiając głębsze wciągnięcie i ciaśniejsze zakręty). Pozostają związane z powierzchnią arkusza pod dużym naciskiem, a nie ściskane. Idealny do formowania-intensywnych, progresywnych tłoczników. Wada: aplikacja musi być jednolita; nagie plamy stają się natychmiastowymi miejscami zatarcia.
• Oleje młyńskie-na bazie ropy naftowej (np. 61AUS):Nakładany na walcarni taśmowej lub za pomocą aplikatorów rolkowych przed prasą. Odpowiednie do operacji z umiarkowanym-ciśnieniem, takich jak przekłuwanie i płytkie zginanie. Zapewniają mniejszą ochronę przed zatarciem niż suche folie przy dużym nacisku kontaktowym, ponieważ można je wypchnąć z powierzchni styku-arkusza matrycy. Nadaje się do prostszych operacji na matrycach progresywnych, gdzie siły formujące pozostają niskie.
• Smary syntetyczne (-rozpuszczalne w wodzie lub na bazie emulsji-):Zapewniają dobre chłodzenie i smarowanie w przypadku operacji-z dużą prędkością. Łatwiejsze czyszczenie części przed dalszymi procesami, takimi jak anodowanie lub malowanie. Jednakże odparowują one szybciej pod wpływem ciepła tarcia, co oznacza, że ​​w przypadku długich matryc progresywnych z wieloma stanowiskami formowania często konieczne są systemy ponownego nakładania.

Sposób aplikacji ma znaczenie tak samo jak rodzaj środka smarnego. Powlekarki walcowe zapewniają stałą grubość folii na całej szerokości paska, ale mogą pomijać krawędzie. Systemy natryskowe zapewniają pełne pokrycie, ale mogą-nadmiernie zastosować, powodując aquaplaning wpływający na zaangażowanie pilota. W przypadku matryc do tłoczenia progresywnego z aluminium najbardziej niezawodnym podejściem jest-wstępnie nałożona sucha powłoka na poziomie cewki, uzupełniona ukierunkowanym natryskiwaniem w określonych-punktach wysokiego tarcia w matrycy.

Kontrola wykończenia powierzchni i zgodność-z obróbką końcową

Smar zapobiega przywieraniu aluminium do matrycy. Materiał narzędziowy i powłoki decydują o tym, co się stanie, gdy smar rozrzedzi się w-punktach kontaktu z najwyższym ciśnieniem, co nieuchronnie ma miejsce w przypadku dłuższych serii produkcyjnych.

Tradycyjne powłoki ceramiczne PVD, takie jak TiN, TiCN i TiAlN, nie mają wystarczającej odporności na tarcie statyczne dla aluminium. Testy terenowe pokazują, że stemple pokryte TiN- wykazują widoczne przywieranie aluminium po 35 000 uderzeń, podczas gdy stemple pokryte CrN + DLC (diament-podobny do węgla) pracujące na tej samej matrycy nie wykazały żadnego przywierania. Dzięki tej kombinacji CrN + DLC wyprodukowano ponad 800 000 części do przycinania aluminium bez konieczności czyszczenia przyklejonego materiału.

W przypadku tłoczników progresywnych z węglika, wkładki z węglika wolframu zapewniają ekstremalną twardość i odporność na zużycie na stanowiskach cięcia. Gładka, niereaktywna-powierzchnia węglika jest odporna na przyleganie aluminium lepiej niż niepowlekana stal narzędziowa, co czyni go preferowanym materiałem na płytki do stempli przebijających i stanowisk zaślepiających, które charakteryzują się najwyższymi naciskami stykowymi aluminium. Połączenie płytek węglikowych na stanowiskach skrawania z płytkami formującymi pokrytymi CrN + DLC pozwala uzyskać matrycę zaprojektowaną specjalnie pod kątem podwójnych trybów uszkodzeń aluminium: ścierania na krawędziach skrawających i przyczepności na powierzchniach formujących.

Wykończenie powierzchni matrycy wpływa również na wygląd gotowej części, co ma znaczenie, gdy części poddawane są dalszej obróbce powierzchniowej. Części aluminiowe przeznaczone do anodowania muszą być wolne od śladów matrycy, zadrapań i resztek smaru. Anodowanie wzmacnia każdą niedoskonałość powierzchni, ponieważ warstwa tlenku jest przezroczysta i utwardza ​​każdą teksturę znajdującą się pod nią. Jeśli na matrycy progresywnej zostaną nawet niewielkie nacięcia powstałe w-etapie zatarcia, ślady te staną się trwałe po anodowaniu.

Praktyczne implikacje dla decyzji dotyczących narzędzi:

• Wypoleruj wszystkie powierzchnie formujące do 8 mikrocalów Ra lub lepiejkiedy części będą anodowane lub malowane. Szorstkie powierzchnie zatrzymują cząstki aluminium i wcześniej inicjują zacieranie.
• Określ powłoki CrN + DLC na stacjach formujących i wkładkach wykończeniowychdo części wymagających kosmetycznej jakości powierzchni. Niski współczynnik tarcia powłoki (około 0,1) zapobiega powstawaniu zadrapań.
• Wybierz smary kompatybilne z dalszą obróbką wykańczającą.Oleje-na bazie ropy naftowej wymagają czyszczenia rozpuszczalnikiem przed anodowaniem, co stanowi dodatkowy etap procesu. Suche powłoki i-rozpuszczalne w wodzie tworzywa sztuczne można łatwiej czyścić,-zmniejszając koszty obróbki wstępnej i eliminując potencjalne źródło defektów powierzchni gotowej powłoki.
• Zaplanuj interwały inspekcji zatarciaw oparciu o objętość części. Nawet narzędzia powlekane ostatecznie wykazują mikro-osady. Wczesne wyłapanie ich, zanim nacinają części, pozwala zachować zarówno jakość powierzchni, jak i dokładność wymiarową.

Każdy defekt powierzchni powstały podczas tłoczenia przenosi się na produkt końcowy. Dobrze-dobrany smar w połączeniu z odpowiednią powłoką matrycy i specyfikacjami wykończenia powierzchni przede wszystkim zapobiega powstawaniu tych defektów. Kiedy jednak się pojawią, wiedza o tym, jak zidentyfikować ich pierwotne przyczyny i szybko je skorygować, oddziela stabilny proces produkcyjny od procesu powodującego krwawienie ze złomu, co prowadzi nas do pełnego spektrum wad tłoczenia aluminium i ich napraw.

Typowe wady i rozwiązywanie problemów przy tłoczeniu aluminium

Nawet przy zastosowaniu odpowiedniego smaru, właściwej powłoki i wypolerowanej powierzchni matrycy defekty nadal się pojawiają. Miękkość aluminium, tendencja do zacierania się i ograniczona-ciągliwość po przewężeniu powodują powstawanie uszkodzeń, które nie występują w stalowych wytłoczkach progresywnych. Wczesne wykrycie tych defektów, zrozumienie ich pierwotnych przyczyn i zastosowanie właściwej poprawki to to, co odróżnia proces obejmujący 0,5% złomu od jednego, którego ilość wynosi 5% lub więcej w przypadku-dużej serii.

Poniższa tabela przedstawia najczęstsze usterki, jakie możesz napotkać, ich pochodzenie i sposoby systematycznego rozwiązywania każdego z nich.

Pękanie, marszczenie i rozdzieranie aluminium

Te trzy wady mają wspólny wątek: materiał utracił plastyczność przed zakończeniem operacji formowania. Ale konkretne mechanizmy są różne, podobnie jak poprawki.

Pękanie ma miejsce na zakrętach, gdy włókno zewnętrzne przekracza granicę wydłużenia stopu. Najczęściej można to zauważyć w przypadku części 5052-H32 i 6061-T4, w których promienie zgięcia zostały zaprojektowane zgodnie ze standardami stalowymi. Aluminium po prostu nie jest w stanie utrzymać takiego samego stosunku promienia-do-grubości bez pęknięć. Ścieżka korekcyjna jest prosta: otwórz promień, zmień orientację części względem włókien lub podziel gięcie na gięcie wstępne i gięcie końcowe w kolejnych stacjach.

Marszczenie pojawia się podczas operacji rozciągania i-formowania lancy, gdy materiał raczej się ściska, a nie rozciąga. Wyobraź sobie, że wpychasz kartkę papieru w kształt filiżanki; nadmiar materiału wzdłuż ścian wygina się. W przypadku tłoczenia progresywnego objawia się to pofałdowanymi ściankami bocznymi lub pofałdowanymi kołnierzami. Dodanie koralików lub zwiększenie-docisku powoduje, że materiał się rozciąga, a nie ściska, co eliminuje zmarszczki.

Łzawienie jest odwrotnością marszczenia. Występuje, gdy materiał rozciąga się poza granicę formowania, zwykle przy promieniu wejścia matrycy lub nad noskami stempla podczas operacji wyciągania. W przypadku rozdarcia aluminium pęknięcie jest nagłe, ponieważ materiał nie powoduje prawie żadnych odkształceń po-przewężeniu. W przeciwieństwie do stali, która stopniowo staje się cieńsza i daje sygnał ostrzegawczy, aluminium przechodzi od akceptowalnego do rozdartego w wąskim zakresie odkształceń. Rozwiązaniem jest redystrybucja naprężeń: użyj większego promienia wejścia, dodaj pośrednią stację formowania lub zwiększ smarowanie, aby zmniejszyć naprężenia wywołane tarciem w strefie krytycznej.

Zapobieganie tworzeniu się zadziorów i zacieraniu

Zadziory i zatarcia reprezentują dwie strony problemu interakcji narzędzi aluminiowych. Przy braku luzu lub przy stępieniu stempli na krawędziach skrawających tworzą się zadziory. Zacieranie tworzy się na powierzchniach ślizgowych, gdy aluminium wiąże się z matrycą.

Aby kontrolować zadziory podczas tłoczenia z dużą prędkością, istotne jest zapewnienie ścisłego zarządzania luzami. Miękkość aluminium oznacza, że ​​nawet niewielkie zmiany luzu powodują zauważalne zmiany wysokości zadziorów. Stempel zużyty o 0,001 cala, który może być akceptowalny w przypadku stali, powoduje widoczne zadziory w aluminium. Częstotliwość kontroli ostrości stempla powinna wynosić mniej więcej połowę częstotliwości zaplanowanych dla równoważnych elementów do tłoczenia stali.

Zapobieganie zacieraniu sprowadza się do trzech warstw ochrony: pokrycie smarem (żadnych suchych plam), powłoki powierzchniowe płytek do formowania i ciągnienia (CrN + DLC znacznie przewyższają TiN w przypadku aluminium) i zarządzanie ciśnieniem kontaktowym (utrzymuj poniżej progu zatarcia dla kombinacji-materiałów matrycy). Badania na Uniwersytecie w Oakland wykazały, że płytki z żeliwa-z twardego chromu D6510 są odporne na zatarcie przy smarowaniu do 37,9 MPa w porównaniu z 31,6 MPa w przypadku staliwa S0050A. Wybór materiału matrycy jest częścią strategii zapobiegania, a nie refleksją.

Kiedy nie stosować matryc progresywnych do części aluminiowych

Progresywne tłoczenie matrycowe jest potężne, ale nie jest uniwersalne. Uczciwa inżynieria oznacza rozpoznanie, kiedy proces nie pasuje do części, zanim zainwestujesz w oprzyrządowanie, które zamiast tłoczyć komponenty, wytwarza złom.

Rozważ alternatywy, jeśli część aluminiowa obejmuje:

• Głębokie wciągnięcia przekraczające 2-3x średnicę blanku:Matryce progresywne radzą sobie z płytkimi pociągnięciami, ale głębokie kształty miseczek lub muszli wymagają kontrolowanego przepływu materiału, z którym lepiej radzi sobie konfiguracja tłoczenia matrycą transferową. Matryce transferowe przenoszą poszczególne półfabrykaty przez niezależne stacje z pełną kontrolą uchwytu półfabrykatów na każdym etapie pobierania, co czyni je właściwym wyborem w przypadku obudów akumulatorów, głębokich obudów i kształtów cylindrycznych.
• Niezwykle małe promienie w twardych stanach:Jeśli projekt wymaga promieni zgięcia poniżej 1 t w przypadku 5052-H32 lub dowolnego zginania w przypadku 6061-T6, formowanie progresywne spowoduje spójne pękanie. Zmień temperament, przeprojektuj geometrię lub użyj matrycy transferowej, w której możesz zastosować formowanie na gorąco na określonych stanowiskach.
• Duży rozmiar części w stosunku do łoża prasy:Matryce progresywne wymagają szerokości paska, materiału nośnego i odstępu od krawędzi paska. Gdy części przekraczają 12-18 cali w jednym wymiarze, szerokość cewki i wymagany tonaż prasy sprawiają, że tłoczenie matrycowe jest bardziej ekonomiczne.
• Bardzo małe wielkości produkcji (poniżej 10 000-25 000 części):Koszty oprzyrządowania do matryc progresywnych są wysokie i wynoszą zazwyczaj od 30 000 do 150 dolarów000+ w zależności od złożoności. Przy małych wolumenach nie można amortyzować tej inwestycji. Złożona matryca wykonująca wykrawanie i przekłuwanie w jednym skoku, a następnie wtórne gięcie w matrycy hamulcowej, często zapewnia niższy koszt całkowity w przypadku krótkich serii.
• Części wymagające-operacji w procesie pomiędzy stacjami:Jeśli Twoja część wymaga zgrzewania punktowego, włożenia nakrętki lub innych operacji niezwiązanych z tłoczeniem-w trakcie-sekwencji, matryce transferowe zapewniają niezależność stacji i czas przebywania, którego nie jest w stanie zapewnić progresywne podawanie taśmy.

Ramy decyzyjne są proste. Matryce progresywne sprawdzają się wtedy, gdy potrzebna jest duża objętość, wąskie tolerancje,-złożoność wielu funkcji w przypadku aluminium o cienkiej i średniej grubości oraz krótkie czasy cykli. Tłoczenie matrycowe sprawdza się w przypadku dużych części, głębokich tłoczeń i procesów wymagających niezależnej kontroli stacji. Matryce złożone wygrywają w przypadku prostej płaskiej geometrii przy umiarkowanych objętościach, gdzie budżet na narzędzia jest ograniczony.

Wybór niewłaściwego procesu nie tylko oznacza marnowanie inwestycji w narzędzia. Blokuje Cię to we wzorcu defektów, którego nie można w pełni rozwiązać przy pomocy żadnej metody rozwiązywania problemów, ponieważ utrzymuje się podstawowa-niedopasowanie części procesu. Wybierz właściwy proces, a odsetek defektów pozostanie niski już od pierwszej serii produkcyjnej, co umożliwi zrozumienie interakcji kosztów oprzyrządowania, ekonomii materiałów i progów wolumenowych w celu określenia rzeczywistego-kosztu części.

Struktura kosztów i ekonomika progresywnego tłoczenia aluminium

Wybór odpowiedniego procesu eliminuje wady. Decyzja ta ma jednak także wymiar finansowy, który zespoły zaopatrzeniowe i inżynierowie produkcji muszą określić ilościowo przed zaangażowaniem kapitału. Tłoczenie progresywne aluminium wiąże się z odrębną strukturą kosztów, w której wydatki materiałowe, inwestycje w oprzyrządowanie i wielkość produkcji oddziałują inaczej niż w przypadku stali. Zrozumienie tych ekonomii decyduje o tym, czy koszt-części spadnie do groszy, czy też amortyzacja narzędzi nigdy nie osiągnie progu rentowności.

Inwestycje w narzędzia i amortyzacja

Progresywne matryce do aluminium zazwyczaj mieszczą się w przedziale od 10 000 do 200 000 dolarów, a większość części o umiarkowanej-złożoności kosztuje od 15 000 do 50 000 dolarów. Oprzyrządowanie specyficzne dla aluminium-często kosztuje 10–20% więcej niż równoważne matryce stalowe ze względu na powłoki, płytki z węglików spiekanych i polerowane powierzchnie formujące potrzebne do zwalczania zatarcia i zachowania wykończenia części.

Ta początkowa inwestycja amortyzuje się w całym wolumenie produkcji. Matryca o wartości 40 000 dolarów produkująca 500 000 części zwiększa koszt oprzyrządowania o 0,08 dolara za sztukę. Ta sama matryca przy 50 000 części dodaje 0,80 dolara. Ta matematyka jest prosta, ale wiele zespołów nie docenia kosztów rozwoju. Wypróbowanie matrycy, iteracja sprężynowania i walidacja procesu dla aluminium mogą zwiększyć cenę o 30-50% powyżej podanej ceny matrycy przed rozpoczęciem stabilnej produkcji. Budżet na 4–7 rund iteracyjnych na progresywnych narzędziach aluminiowych o średniej złożoności, przy czym każda runda pochłania czas prasy, godziny prac inżynieryjnych i materiał próbny.

Koszty materiałów i ekonomia złomu

Cewka aluminiowa kosztuje dwa do trzech razy więcej za-funt stali miękkiej. Ten mnożnik sprawia, że ​​wykorzystanie materiału jest najpotężniejszą dźwignią w równaniu kosztów. Układ pasków przy wykorzystaniu 78% w porównaniu z 72% pozwala zaoszczędzić około 8% materiału na część. Przy cenach aluminium poprawa o 6-punktów w serii obejmującej milion sztuk może zrekompensować znaczną część inwestycji w oprzyrządowanie.

Ekonomia złomu oferuje częściowe przesunięcie. Złom aluminium zachowuje około 40–60% wartości pierwotnego materiału, w porównaniu do 15–25% złomu stalowego. Ten wyższy stopień odzysku oznacza, że ​​efektywny koszt odpadów materiałowych jest niższy w przeliczeniu na funt, niż sugerują surowe liczby dotyczące wykorzystania. Mimo to celem pozostaje maksymalizacja wykorzystania poprzez ciasne zagnieżdżenie i minimalną szerokość paska nośnego, ponieważ nawet wartość odzyskanego złomu nie odpowiada marży uzyskiwanej na gotowych częściach.

W przypadku długoterminowych programów tłoczenia metali przekraczających 500 000 jednostek rocznie, nawet niewielkie oszczędności materiału na-części znacznie się zwiększają. Wzrost kosztu materiału o 0,03 USD na część daje 15 000 USD rocznie przy tej wielkości, co jest wystarczające, aby uzasadnić{{7}przeprojektowanie układu paska lub inwestycję w szerszą matrycę z lepszym zagnieżdżeniem.

Progi objętości dla progresywnego justowania matrycy

Punkt przecięcia, w którym oprzyrządowanie progresywne zapewnia dodatni zwrot z inwestycji, zależy od złożoności części, ale ogólne progi obowiązują niezmiennie w przypadku zastosowań aluminiowych:

Przy 50 000 jednostek rocznych matryce progresywne stają się bardzo korzystne dla większości części aluminiowych. Poniżej tego progu amortyzacja narzędzi przewyższa oszczędności na-części. Ponad to ekonomia staje się przekonująca. Weź pod uwagę wspornik, który kosztuje 4,50 USD za sztukę, wykonany w wyniku cięcia laserowego i wtórnego gięcia. Ta sama część po długotrwałym tłoczeniu progresywnym kosztuje 0,45 USD, gdy istnieje oprzyrządowanie. Przy 100 000 jednostek rocznych oszczędność 4,05 USD na-części daje zwrot 405 000 USD rocznie, co pozwala zwrócić nawet kosztowną matrycę w ciągu kilku tygodni od rozpoczęcia produkcji.

Tłoczenie wielkoseryjne ma miejsce wtedy, gdy matryce progresywne wykazują pełną przewagę ekonomiczną. Ścisła powtarzalność w milionach pociągnięć oznacza stałą jakość bez konieczności sprawdzania poszczególnych-części. Wydajne formowanie wielo-eliminuje operacje wtórne, które zwiększają koszty obsługi i ryzyko defektów. Lekka taśma aluminiowa umożliwia szybsze prasowanie niż w przypadku równoważnych części stalowych, co dodatkowo zmniejsza koszty cyklu w przypadku programów tłoczenia w dużych seriach.

W przypadku inżynierów produkcji oceniających inwestycje w oprzyrządowanie w programach aluminiowych wybór dostawcy do budowy matryc ma bezpośredni wpływ zarówno na koszt początkowy, jak i na długoterminową-ekonomikę produkcji.Możliwości progresywnego tłocznika YICHENkieruj się dokładnie tym scenariuszem:-wysoka produkcja aluminium, gdzie-wielu stanowisk formowania, ścisła powtarzalność i skalowalna produkcja masowa definiują wymagania dotyczące narzędzi. Oceniając dostawców matryc, należy wziąć pod uwagę nie tylko podaną cenę matrycy, ale także ryzyko rozwoju, szybkość iteracji i to, czy konstruktor ma potwierdzone doświadczenie w zakresie specyficznych wymagań dotyczących narzędzi aluminiowych.

Koszty narzędzi i ekonomia materiałów wyznaczają ramy finansowe. Jednak przełożenie tych liczb na rozsądną decyzję dotyczącą zaopatrzenia wymaga wiedzy, jak oceniać dostawców matryc pod kątem kryteriów-specyficznych dla aluminium, w tym przypadku strategia zaopatrzenia staje się równie ważna jak specyfikacja techniczna.

Pozyskiwanie progresywnych tłoczników do produkcji aluminium

Matryca, która działa bezbłędnie w stali, może wytwarzać złom z aluminium po pierwszym skoku. Ta rzeczywistość sprawia, że ​​wybór dostawcy to coś więcej niż czynność zakupowa. To decyzja techniczna, która określa, czy inwestycja w narzędzia zwróci zysk, czy też wygeneruje miesiące rozwiązywania problemów. Podczas oceny producentów matryc progresywnych pod kątem programów aluminiowych kryteria przesuwają się w stronę doświadczenia-materiałowego, rygorystycznej walidacji i-infrastruktury długoterminowego wsparcia.

Kluczowe kryteria oceny dostawców matryc

Nie każdy dostawca tłoczników rozwiązał problemy specyficzne dla aluminium-opisane w tym artykule: zapobieganie zacieraniu się, kompensacja sprężynowania, odpowiednie-luzy dla stopu i zachowanie wykończenia powierzchni przez miliony cykli. Twój proces oceny powinien nadać priorytet tym możliwościom w następującej kolejności:

1. Udokumentowane doświadczenie w obróbce aluminium. Grupa progresywnych tłoczników YICHENkoncentruje się na pomaganiu inżynierom produkcji i zespołom zaopatrzeniowym w pozyskiwaniu matryc do-masowych części metalowych wymagających wydajnego formowania na wielu-stanowiskach, dużej powtarzalności i skalowalnej produkcji masowej. Tworząc swoją krótką listę dostawców progresywnych wytłoczek, zacznij od konstruktorów, którzy mogą pokazać zatwierdzone programy aluminiowe, a nie tylko oprzyrządowanie stalowe z ulepszoną powłoką.
2. Możliwość-własnej symulacji formowania.Dostawcy przeprowadzający analizę układu i formowania taśm w oparciu o FEM-wychwytują problemy związane ze sprężynowaniem, strefy pocienienia i koncentrację odkształceń przed cięciem stali. Zmniejsza to liczbę iteracji próbnych z 6–7 do 2–3, oszczędzając tygodnie i dziesiątki tysięcy kosztów rozwoju.
3. Specyfikacje narzędzi zapobiegających-zatarciom jako standardowa praktyka.Zapytaj, jakich powłok i materiałów wkładek używa konstruktor na stanowiskach formujących aluminium. Powłoki CrN + DLC i płytki z węglika powinny stanowić część standardowego podejścia do aluminium, a nie dodatkowy dodatek.
4. Wypróbuj jakość prasy i dokumentację.Producent matryc progresywnych sprawdzający oprzyrządowanie aluminiowe na zużytej prasie o słabej powtarzalności BDC dostarczy matrycę, która będzie działać gorzej na Twoim sprzęcie produkcyjnym. Zapytaj, jakiej marki i modelu prasy używają do wypróbowania, i poproś o specyfikacje dotyczące precyzji.
5. Programy wsparcia konserwacyjnego i ponownego przemiału.Oprzyrządowanie aluminiowe wymaga częstszej konserwacji niż matryce stalowe ze względu na zacieranie i zużycie stempla. Oceń, czy producenci tłoczników na Twojej liście oferują zaplanowane usługi ponownego szlifowania, zapasy zapasowych stempli i zdalną pomoc w rozwiązywaniu problemów.
6. Skalowalność dla ramp głośności.Twoje początkowe zamówienie może obejmować 200 000 części rocznie, ale jeśli program wzrośnie do 2 000 000, czy firma zajmująca się tłoczeniem progresywnym będzie w stanie zapewnić powielanie narzędzi, zapasowe zestawy matryc lub konfiguracje z wieloma-gniazdami bez-przeprojektowania od podstaw?

Sprawdzanie oprzyrządowania pod kątem specyficznych wyzwań-aluminium

Kwalifikacja nie kończy się w momencie dostarczenia matrycy przez dostawcę. Walidacja progresywnego tłoczenia aluminium wymaga potwierdzenia, że ​​oprzyrządowanie radzi sobie z unikalnymi zachowaniami materiału w warunkach produkcyjnych, a nie tylko w warunkach próbnych.

Podczas sprawdzania producentów matryc do tłoczenia metali, przed podpisaniem odbioru oprzyrządowania poproś o następujące dokumenty walidacyjne:

• Kontrola pierwszego-artykułu przy prędkości produkcyjnej- nie wolne-próbki pociągnięć. Aluminium zachowuje się inaczej przy 300 SPM niż przy 30 SPM ze względu na wytwarzanie ciepła i zachowanie filmu smarnego.
• Dane Cpk dla minimalnej serii 2000 sztukdla wymiarów krytycznych. Potwierdza to, że powtarzalność uwzględnia zmienność sprężynowania na długości paska i różnice w materiałach-zwojów-.
• Raport z inspekcji zacierającej się po przebiegu walidacyjnym.Jakakolwiek przyczepność widoczna na powierzchniach formujących po 2000 części sygnalizuje przerwę w powłoce lub smarowaniu, która pogorszy się wykładniczo podczas produkcji.
• Udokumentowane pomiary luzu matrycyzweryfikowane przez CMM na stacjach przebijania i zaślepiania, potwierdzające, że wartości mieszczą się w zakresie 5-10% na stronę, odpowiednim dla konkretnego stopu aluminium.
• Raport wykorzystania materiału układu paskówpokazujący wydajność rzeczywistą i teoretyczną. Usługi progresywnego tłoczenia matrycowego śledzące ten wskaźnik wykazują świadomość kosztów,-co bezpośrednio wpływa na ekonomikę-części.

Wybór wśród producentów tłoczników jest ostatecznie decyzją związaną z zarządzaniem ryzykiem. Najniższa-podana cena matrycy nic nie znaczy, jeśli próba przeciąga się przez 8 iteracji, zacieranie wymusza przebudowę matrycy po 50 000 cykli lub dryf sprężynujący wytwarza części-ze-specyfikacji, które docierają do klienta. Nadaj priorytet konstruktorom dzięki sprawdzonym programom dotyczącym aluminium, sprawdzonym strategiom-zapobiegającym zatarciom oraz infrastrukturze obsługującej Twoje narzędzia w całym cyklu życia produkcyjnego. Ta kombinacja sprawia, że ​​inwestycja w matryce progresywne przestaje być hazardem i staje się przewidywalnym kosztem-na-części już od pierwszego dnia.

Często zadawane pytania dotyczące progresywnego tłoczenia aluminium

1. Jakie stopy aluminium najlepiej nadają się do tłoczenia progresywnego?

Najczęściej stosowane stopy to 1100-H14 do części elektrycznych i termicznych, 3003-H14 do-wsporników i obudów ogólnego przeznaczenia oraz 5052-H32 do zastosowań konstrukcyjnych lub-odpornych na korozję. Te stopy serii 1xxx i 3xxx oferują najszerszy zakres odkształcalności dla wielostanowiskowych matryc progresywnych.. 6061 Do tłoczenia są zazwyczaj ograniczone do stanu O lub T4, ponieważ ich stan T6 jest zbyt kruchy do operacji wymagających intensywnego formowania. Zespół progresywnych tłoczników YICHEN może pomóc w dopasowaniu kombinacji stopów i temperamentu do konkretnej geometrii części i wymagań dotyczących wielkości produkcji.

2. Dlaczego aluminium wymaga innej konstrukcji matrycy niż stal przy tłoczeniu progresywnym?

Aluminium charakteryzuje się większą sprężystością ze względu na niższy moduł Younga, co wymaga kompensacji wygięcia o 2-7 stopni wbudowanej w każdą stację formującą. Zaciera się także na niepowlekanej stali narzędziowej, wymagającej stosowania powłok CrN + DLC lub wkładek węglikowych na powierzchniach styku. Dodatkowo aluminium ma niższy współczynnik Lankforda (wartość R-), który koncentruje odkształcenie na grubości blachy, a nie rozprowadza je po powierzchni. Czynniki te wymagają mniejszych odstępów między stemplem a matrycą (5–10% na stronę), specjalistycznych smarów i większej liczby stanowisk formujących w celu bezpiecznego dzielenia skomplikowanych zagięć.

3. Jaka wielkość produkcji uzasadnia inwestycję w matrycę progresywną do części aluminiowych?

Progresywne oprzyrządowanie matrycowe do aluminium zazwyczaj staje się-opłacalne przy rocznej wielkości produkcji przekraczającej 50 000 części. Poniżej tego progu amortyzacja narzędzi jest zbyt duża w przypadku-oszczędności na części, a matryce złożone lub operacje wtórnego gięcia mogą być bardziej ekonomiczne. Powyżej 50 000 sztuk koszt-części drastycznie spada. Na przykład zamek kosztujący 4,50 USD w wyniku cięcia laserowego może spaść do 0,45 USD w wyniku stopniowego tłoczenia po udostępnieniu oprzyrządowania. Oszczędności rzędu 100 000 jednostek rocznie mogą zwrócić się nawet w przypadku skomplikowanego oprzyrządowania w ciągu kilku tygodni od rozpoczęcia produkcji.

4. Jak zapobiec zatarciu podczas tłoczenia aluminium w matrycach progresywnych?

Zapobieganie zacieraniu wymaga trzech skoordynowanych warstw: pokrycie smarem zapewniające brak suchych plam na taśmie,-powłoki zapobiegające zacieraniu się, takie jak CrN + DLC, na wszystkich powierzchniach formujących i ciągnących oraz zarządzanie ciśnieniem kontaktowym poniżej progu zatarcia. Badania pokazują, że smary o suchej warstwie, takie jak Drycote 2-90, podnoszą próg zacierania do 28-40 MPa w porównaniu z zaledwie 7 MPa w przypadku braku smaru. Wstępnie nałożona sucha powłoka na szpulę uzupełniona ukierunkowanym natryskiem na stanowiskach o wysokim tarciu zapewnia najbardziej niezawodną ochronę w długich seriach produkcyjnych.

5. Kiedy wybrać tłoczenie transferowe zamiast progresywnego tłoczenia aluminium?

Matryce transferowe są lepszym wyborem, gdy części aluminiowe wymagają głębokiego tłoczenia przekraczającego 2-3x średnica półwyrobu, wyjątkowo małych promieni zgięcia w twardych stanach, które mogłyby pęknąć w trakcie obróbki progresywnej, wymiarów części większych niż 12-18 cali lub-operacji procesowych, takich jak zgrzewanie punktowe pomiędzy etapami formowania. Matryce transferowe przenoszą poszczególne półfabrykaty przez niezależne stacje z pełną kontrolą uchwytów półfabrykatów na każdym etapie, obsługując złożone formy 3D i głębokie skorupy, których nie jest w stanie pomieścić progresywne podawanie pasków. Matryce progresywne pozostają lepsze w przypadku cienkich, wielofunkcyjnych części w ilościach powyżej 50 000 sztuk.