Mohou tři dobrá designová rozhodnutí způsobit problém s ražením? Případová studie OEM DFM

Lisování kovů | OEM inženýrství | Design pro vyrobitelnost

Precizně lisovaný kovový komponent může vypadat jednoduše, když se na něj díváte jako na hotový výrobek. Jeho vyrobitelnost však závisí na mnohem více než na konečném tvaru.

Zvažte kompaktní lisovaný kovový držák s podlouhlým montážním otvorem, několika ohyby a několika tvarovanými výstupky.

Komponenta je navržena tak, aby splňovala montážní požadavky při zachování kompaktní konstrukce a dostatečné mechanické pevnosti.

Z hlediska designu produktu dávají tyto funkce smysl. Podlouhlá štěrbina poskytuje flexibilitu polohování, složené části vytvářejí požadovanou trojrozměrnou geometrii a tvarované výstupky podporují zamýšlenou montážní funkci.

Co se ale stane, když se tyto konstrukční požadavky během lisování vzájemně ovlivňují?

Tři rozumná konstrukční rozhodnutí mohou představovat problémy při děrování, ohýbání, tvarování materiálů a vývoji nástrojů.

To je místo, kde se Design for Manufacturability (DFM) stává zásadní.

1. Pochopení součásti: Více než plochý kovový profil

Lisovaný držák s podlouhlou štěrbinou a více tvarovanými prvky zahrnuje několik výrobních operací.

V závislosti na skutečném provedení součásti mohou zahrnovat:

• Blanking a piercing.

• Děrování štěrbin.

• Ohýbání a tvarování.

• Formování záložek.

• Separace finálního dílu a kontrola rozměrů.

Každá operace ovlivňuje další.

Poloha drážky může ovlivnit materiál dostupný kolem ohybu. Třída materiálu může ovlivnit zatížení při tváření a odpružení. Uspořádání více tvarovacích prvků může ovlivnit postupné uspořádání formy a výrobní sekvenci.

Komponenta by proto měla být hodnocena jako úplná ražená struktura spíše než jako soubor nezávislých funkcí.

2. Tři rozhodnutí o designu, která mohou vytvářet výzvy ve výrobě

Rozhodnutí 1: Prodloužený slot pro flexibilitu montáže

Podlouhlá montážní drážka se běžně používá, když součást potřebuje polohové nastavení nebo flexibilní vyrovnání sestavy.

Jeho délka a šířka jsou určeny funkčními požadavky, ale oba rozměry by měly být zohledněny při návrhu nástroje.

Úzká šířka podlouhlé štěrbiny je zvláště důležitá, protože určuje efektivní šířku razníku.

Pokud je štěrbina příliš úzká vzhledem k tloušťce materiálu, může být razník náchylný k nadměrnému zatížení, opotřebení nebo zlomení.

Mezi další potenciální obavy patří:

• Pevnost a odolnost úderu.

• Tvorba otřepů podél okrajů štěrbiny.

• Kontrola a odstranění slimáků.

• Šířka štěrbiny a rozměrová konzistence.

• Vzdálenost mezi štěrbinou a blízkými materiálovými prvky.

Na rozdíl od konvenčního kruhového otvoru má podlouhlá štěrbina také dva různé geometrické rozměry, které je třeba vyhodnotit nezávisle.

Aspekty DFM:

• Zkontrolujte šířku drážky ve vztahu k tloušťce a síle materiálu.

• Zkontrolujte poloměr na obou koncích drážky.

• Vyhodnoťte geometrii razníku a vůli matrice.

• Udržujte kolem štěrbiny dostatek materiálu.

• Specifikujte přijatelné tolerance výšky otřepů a rozměrů.

Cílem je dosáhnout požadované montážní funkce bez zbytečných potíží s děrováním.

Rozhodnutí 2: Kompaktní uspořádání s několika funkcemi ohýbání

Druhým konstrukčním rozhodnutím je zachovat kompaktní rozložení součástí a zároveň začlenit několik ohybů a tvarovaných jazýčků.

To je často nutné u elektrických zařízení, kde je omezený vnitřní montážní prostor.

Zmenšení vzdálenosti mezi podlouhlou štěrbinou a blízkými liniemi ohybu však může vytvořit další výrobní omezení.

Během ohýbání dochází k tahové deformaci na vnějším povrchu a tlakové deformaci na vnitřním povrchu.

Pokud je drážka umístěna příliš blízko k oblasti ohybu, okolní materiál se může deformovat a ovlivnit konečnou geometrii drážky.

Mezi možné důsledky patří:

• Zkreslení štěrbiny nebo rozměrové odchylky.

• Lokalizovaná deformace v blízkosti ohybu.

• Snížená pevnost materiálu v úzkých úsecích.

• Potíže s dodržováním montážních tolerancí.

Vícenásobné ohyby také představují další aspekt: ​​pořadí, ve kterém se provádějí tvářecí operace.

Nevhodná posloupnost tváření může způsobit kolize mezi obrobkem a nástrojem nebo ztížit udržení konzistentního umístění součásti.

Aspekty DFM:

• Zkontrolujte vzdálenost mezi čárami drážky a ohybu.

• Zkontrolujte minimální vnitřní poloměr ohybu.

• Vyhodnoťte materiál dostupný mezi sousedními tvarovanými prvky.

• Zvažte pořadí tvarování a dostupnost nástroje.

• Po všech ohýbacích operacích ověřte kritické rozměry.

Kompaktní součástka nemusí být nutně více vyrobitelná součást. Musí se také vzít v úvahu dostupný tvarovací prostor a pracovní postup.

Obrázek 1. Ilustrace úvah o vzdálenosti mezi drážkou a ohybem a potenciální deformace drážky během ohýbání.

Rozhodnutí 3: Výběr materiálu pro pevnost a tvárnost

Třetí konstrukční rozhodnutí se týká výběru materiálu.

Lisovaný držák musí splňovat své konstrukční a montážní požadavky. Výběr materiálu pouze na základě pevnosti však může představovat problémy při tváření.

Pevnost materiálu, tažnost, tvrdost a anizotropie ovlivňují výkon lisování.

Například ocel s vyšší pevností může vyžadovat větší tvářecí zatížení a vykazovat výraznější zpětné odpružení. Pokud je jeho lokální tvařitelnost pro zvolenou geometrii ohybu nedostatečná, může dojít k praskání.

Výběr materiálu také ovlivňuje výkon děrování, zejména pokud se jedná o úzké drážky a malé tvarovací prvky.

Aspekty DFM:

• Potvrďte třídu a tloušťku materiálu.

• Zkontrolujte mez kluzu a pevnost v tahu.

• Vyhodnoťte tažnost a ohebnost.

• U kritických ohybů zvažte směr válcování.

• V případě potřeby ověřte vlastnosti materiálu pomocí zkoušek tváření.

Nejvhodnější materiál nemusí být nutně ten nejpevnější. Je to materiál, který splňuje funkční požadavky součásti a přitom zůstává kompatibilní se zamýšleným výrobním procesem.

3. Co nám inženýrský výzkum říká o tvarovatelnosti lisování

Vztah mezi materiálovými vlastnostmi, proraženými hranami a výkonem tváření byl zkoumán v publikovaném inženýrském výzkumu.

Technický dokument SAE z roku 2017, Praktické hodnocení a predikce praskání hran při tváření pokročilých vysokopevnostních ocelí (AHSS) , studoval pokročilé vysokopevnostní oceli DP980 a TRIP780.

Výzkumníci porovnávali různé metody testování rozpínání otvorů a zkoumali vliv přípravy okraje otvoru na tvarovatelnost.

Pro lisované součásti se štěrbinami a děrovanými otvory jsou zvláště relevantní dvě zjištění:

Zjištění 1: Testovací metody mohou odhalit různé chování materiálu.

Studie uváděla rozdíly v poměru roztažení díry (HER) až 11 % mezi DP980 a TRIP780 s použitím metody testu díry 75 mm, zatímco standardní test díry 10 mm ukázal méně než 1 % rozdíl.

Zjištění 2: Příprava okraje otvoru ovlivňuje tvarovatelnost.

Vzorky řezané vodním paprskem prokázaly přibližně dvojnásobný poměr roztažení otvoru než u děrovaných vzorků pro obě testované jakosti oceli.

Tato zjištění zdůrazňují důležitost stavu děrované hrany při hodnocení součástí, které podléhají dalšímu tváření.

Ačkoli výzkum zkoumal spíše specifické pokročilé vysokopevnostní oceli než tento konkrétní držák, jeho zjištění poskytují užitečný technický pohled na interakci mezi vlastnostmi materiálu, kvalitou břitu a výkonem tváření.

Pro podlouhlou štěrbinu platí stejný princip: při hodnocení následné deformace by se měl vzít v úvahu stav proražené hrany.

Obrázek 2. Schematické znázornění charakteristik děrované hrany a vlivu přípravy hrany na výkon při rozpínání díry.

4. Jak DFM spojuje geometrii součástí, materiál a nástroje

Tato tři rozhodnutí o návrhu by neměla být přezkoumávána nezávisle.

Efektivnějším přístupem je vyhodnocení jejich kombinovaného vlivu na výrobní proces.

Tento integrovaný přehled pomáhá identifikovat problémy dříve, než budou vyžadovat změny dokončených nástrojů.

5. Kontrola DFM před progresivním vývojem matrice

U součástí s podlouhlými drážkami a více tvarovacími prvky by progresivní plánování matrice mělo vzít v úvahu kompletní výrobní sekvenci.

Obrázek 3. Koncepční postupová sekvence lisované součásti se štěrbinami, tvarovanými jazýčky a vícenásobnými ohyby.

Typická technická revize může zahrnovat následující:

1. Vyhodnocení plochého vzoru

Zkontrolujte polohu drážky, okraje materiálu, rozteč prvků a geometrii polotovaru.

2. Plánování operace děrování

Vyhodnoťte rozměry razníku, vůli matrice, sílu razníku a odstranění špalků.

3. Vývoj sekvence tvarování

Určete vhodné pořadí operací ohýbání a tváření s ohledem na přístup k nástroji a potenciální kolize.

4. Návrh rozvržení nosiče a pásu

Zajistěte, aby pás poskytoval dostatečnou oporu a stabilitu během procesu progresivního lisování.

5. Validace nástrojů a výroby

Ověřte kritické rozměry, stav otřepů, úhly ohybu a konzistenci součásti během zkoušek nástrojů.

Skutečné pořadí závisí na geometrii součásti a požadavcích výroby. Ne každá lisovaná součást vyžaduje stejný počet stanic nebo stejnou konfiguraci nástrojů.

Cílem je vyvinout praktický výrobní proces, který podporuje opakovatelnou výrobu.

6. Od návrhu součástí k přesnému lisování kovů u HAIPART

Přesné lisování kovů je ve společnosti HAIPART součástí našeho širšího zaměření na funkční komponenty pro elektrická zařízení a aplikace ochrany obvodů.

Komponenty s podlouhlými drážkami, vícenásobnými ohyby a tvarovanými výstupky demonstrují, proč design lisování vyžaduje koordinaci mezi geometrií produktu, výběrem materiálu a vývojem nástrojů.

Výrobně orientovaný přístup by měl vzít v úvahu:

• Geometrické požadavky: Rozměry drážky, rozteče prvků, polohy ohybů a tvarované struktury.

• Vlastnosti materiálu: Tloušťka, pevnost, tažnost a chování při tváření.

• Úvahy o nástrojích: Konstrukce razníku, vůle matrice, sekvence tváření a postupné rozložení matrice.

• Výrobní požadavky: Rozměrová přesnost, kontrola otřepů a konzistence šarže.

Společné zvážení těchto faktorů pomáhá identifikovat potenciální výrobní výzvy před masovou výrobou.

Dobrý design lisování začíná před vývojem nástroje.

Vyvíjíte přesný lisovaný kovový komponent pro elektrické aplikace?

Kontaktujte společnost HAIPART a prodiskutujte své výkresy součástí, materiálové specifikace a výrobní požadavky.

Často kladené otázky

1. Co je třeba vzít v úvahu při navrhování podlouhlé drážky pro lisování kovů?

Měla by být vyhodnocena šířka drážky, délka, poloměr konce, tloušťka materiálu, síla razníku a vůle matrice. Úzký rozměr je zvláště důležitý při kontrole trvanlivosti razníku.

2. Může být děrovaná drážka umístěna blízko linie ohybu?

Záleží na materiálu, rozměrech drážky, poloměru ohybu a posloupnosti tváření. Nedostatečná vzdálenost může způsobit deformaci drážky nebo lokalizovanou deformaci během ohýbání.

3. Proč je při přesném lisování kovů důležitý výběr materiálu?

Vlastnosti materiálu ovlivňují zatížení proražením, ohybatelnost, zpětné odpružení a riziko prasknutí. Pevnost materiálu by měla být zvažována společně s požadavky na tažnost a tvarování.

4. Proč je důležitá sekvence tváření pro víceohybově lisované součásti?

Pořadí tvářecích operací ovlivňuje přístup k nástroji, polohování obrobku a potenciální interferenci. Vhodná sekvence pomáhá udržovat rozměrovou konzistenci a stabilitu výroby.

5. Kdy by měla být DFM provedena?

DFM by mělo v ideálním případě začít ve fázi návrhu součásti, před progresivním vývojem matrice. To umožňuje, aby byly společně přezkoumány požadavky na geometrii, materiál a nástroje.

Reference

1. Kim, H., Shang, J., Dykeman, J., Samant, A., and Hoschouer, C. (2017). Praktické hodnocení a predikce vzniku trhlin na hraně při tváření pokročilých vysokopevnostních ocelí (AHSS). Technický dokument SAE 2017-01-0308. DOI: 10.4271/2017-01-0308.

2. Dayton Lamina. Zrození díry – základy perforace.

3. Mezinárodní ASM. ASM Handbook, Volume 14B: Metalworking: Sheet Forming.