Прогрессивная штамповка и штамповка: то, о чем вам никто не говорит заранее

Что такое прогрессивная штамповка и почему это важно

Представьте себе, что вы загружаете в станок плоскую металлическую ленту и через несколько секунд видите, как она появляется как полностью сформированная,-готовая к производству деталь. Никакого изменения положения, никаких отдельных настроек, никакого вмешательства оператора между этапами. Это именно то, что прогрессивная штамповка и штамповка обеспечивают в больших масштабах, и это один из наиболее эффективных методов обработки металлов давлением, когда-либо разработанных для повторяемого,-производства в больших объемах.

Определение прогрессивной штамповки

Прогрессивная штамповка – это объемный-процесс обработки металла, при котором непрерывная полоса металла проходит через одну матрицу, содержащую несколько станций, каждая из которых выполняет определенную операцию, такую ​​как прошивка, гибка или вырубка, до тех пор, пока с каждым ходом пресса не будет изготовлена ​​готовая деталь.

Такчто такое прогрессивная кость, точно? Думайте об этом как о серии специализированных рабочих станций, встроенных в один компактный инструмент. Рулон листового металла подается в пресс, и с каждым ходом полоса перемещается вперед на фиксированное расстояние, называемое шагом. На каждой станции выполняется другая операция, придающая металлу дополнительную форму. На конечной станции готовая деталь отделяется от полосы и попадает в сборник, а за ней уже формируется следующая деталь.

Слово «прогрессивный» описывает основную идею: металл развивается шаг за шагом, каждый шаг опирается на предыдущий. Эта концепция возникла примерно в 1900 году и стала широко практиковаться к 1950-м годам, когда промышленность требовала единообразных взаимозаменяемых металлических деталей в объемах, которые невозможно было достичь ручными методами. Фундаментальный принцип остается неизменным и сегодня, усовершенствовавшись за счет более совершенных материалов, прессов с сервоприводом-и современного программного обеспечения для моделирования.

Где прогрессивная штамповка применяется в производстве

Обработка металлов давлением охватывает широкий спектр. С одной стороны у вас есть одноступенчатые штампы и ручные прессы, подходящие для прототипов или небольших партий. С другой стороны, полностью автоматизированные линии трансферных прессов обрабатывают очень большие детали или очень глубокие вытяжки. Прогрессивная штамповка устраняет этот пробел, делая ее доминирующим выбором для изготовления деталей среднего---большого объема, где скорость, стабильность и стоимость детали- имеют решающее значение.

Вы найдете компоненты, производимые с помощью прогрессивных штампов и операций штамповки, почти в каждом секторе, где в больших масштабах используются металлические детали. Автомобильные кронштейны, электронные разъемы, корпуса медицинских устройств, монтажные зажимы для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха: все они выигрывают от процесса, который может выдерживать допуски в несколько тысячных долей дюйма при работе со скоростью сотни ходов в минуту. Когда годовые объемы достигают десятков или сотен тысяч, немногие альтернативы могут сравниться с экономикой прогрессивной штамповки.

Что делает этот процесс особенно привлекательным, так это то, что один инструмент может сочетать операции резки, гибки, волочения и чеканки в одном непрерывном цикле. Не требуется меж-обработки, накопления ошибок позиционирования и изменений оператора от детали к детали. Миллионная деталь из ухоженного кубика по размерам идентична первой.

Понять общую концепцию несложно. Настоящая глубина, та часть, которая отделяет информированных покупателей от всех остальных, кроется в деталях того, как работает каждая станция, что на самом деле содержит инструмент и где экономика склоняется в вашу пользу. Эти детали определяют каждое решение, от выбора материала до квалификации поставщика.

Как работает процесс прогрессивной штамповки, станция за станцией

Как работает штамповочный пресс, когда он использует прогрессивную матрицу? Снаружи вы видите, как подается рулон металла и выпадают готовые детали. Но внутри этого инструмента тщательно спланированная последовательность операций превращает плоскую полосу втрехмерный-компонентв долях секунды. Вот что на самом деле происходит на каждом этапе процесса штамповки.

Подача катушки и продвижение полосы

Все начинается на разматывателе, где рулон листового металла, иногда весом в тысячи фунтов, установлен и готов к подаче. Полоса проходит через выпрямляющее устройство, которое устраняет естественную кривизну (называемую набором катушек), возникающую при намотке на катушку. Без этого шага материал будет изгибаться и деформироваться внутри матрицы, что приведет к сбоям подачи и ошибкам размеров.

Из правильной машины сервоподатчик подает полосу в прогрессивный штамповочный пресс на точное расстояние, называемое шагом подачи. Этот шаг соответствует расстоянию между станциями матрицы, поэтому каждый ход помещает свежий материал именно туда, где он должен быть. Но сам по себе питатель не гарантирует идеального выравнивания. Эту работу выполняют направляющие штифты: закаленные штифты, установленные в верхней матрице, которые попадают в предварительно-отверстия в полосе непосредственно перед тем, как каждая станция выполняет свою работу. Пилоты исправляют любую незначительную ошибку подачи, обычно удерживая совмещение полосы с точностью от 0,0005 до 0,001 дюйма. Без надежного пилотирования дрейф толерантности накапливается от станции к станции, а уровень брака растет.

Объяснение работы станции

Каждая станция в прогрессивной матрице выполняет определенную задачу, и последовательность операций спроектирована так, чтобы минимизировать нагрузку на материал, сохраняя при этом целостность полосы. Вот типичный порядок операций в процессе прогрессивной штамповки:

1. Пирсинг- Пуансоны проходят сквозь полосу, образуя отверстия, прорези и внутренние элементы. Обычно это происходит в первую очередь, поскольку пилотные отверстия необходимы для регистрации на последующих станциях, а раннее вырезание внутренних элементов позволяет избежать их искажения во время последующего формирования.
2. Надрез- Материал удаляется с краев полосы, чтобы определить внешний профиль детали или создать зазор для предстоящих изгибов. В отличие от прошивки, надрез открывает границу полосы, а это означает, что инженеры должны убедиться, что осталось достаточно материала-носителя для транспортировки детали вперед.
3. прокалывание- Гибридная операция, которая режет и сгибает за один ход. Копье создает выступ или жалюзи, разрезая часть линии и складывая освобожденную часть вверх или вниз. Он эффективен, поскольку формирует элемент без полного отделения материала от полосы.
4. Формирование- Полоса изгибается в трехмерную-геометрическую форму: углы, каналы, ребра или сложные контуры. На станциях формовки используются фигурные пуансоны и полости штампов, чтобы придать металлу окончательный профиль. Поскольку формовка вызывает напряжение, ее выполняют после большинства операций резки, чтобы избежать деформации ранее сделанных отверстий или кромок.
5. Чеканка- Металл сжимается между плоскими или фасонными поверхностями с большой нагрузкой для достижения очень жестких допусков на размеры или особой отделки поверхности. Чеканка смещает материал, а не разрезает его, что делает его идеальным для калибровки толщины, выравнивания локализованных областей или тиснения мелких деталей.
6. Гашение- Конечная станция отделяет готовую часть от несущей полосы. Вырубной пуансон срезает оставшийся периметр, и готовая деталь выпадает. На этом этапе каждая деталь уже сформирована и откалибрована, поэтому деталь готова к проверке или последующей обработке.

Не в каждой штампе используются все шесть типов операций, а для некоторых деталей требуются дополнительные станции, такие как обрезка, волочение или-нарезание резьбы в штампе. Критическим моментом является то, что последовательность станций никогда не бывает произвольной. Инженеры планируют каждый шаг так, чтобы силы резания были сбалансированы, формованные элементы не мешали продвижению полосы, а поток материала оставался предсказуемым на протяжении всего цикла.

Управление ломом и выброс деталей

Каждая операция прокалывания, надреза и вырубки приводит к образованию отходов. Эти маленькие вырезки, называемые заготовками, должны надежно выходить из матрицы. В большинстве прогрессивных матриц заготовки падают вниз через зазоры в матрице и нижнем башмаке и попадают в желоба для лома или контейнеры под прессом. Если пуля прилипает к пуансону и втягивается обратно в матрицу (дефект, известный как вытягивание пули), это может повредить следующую деталь или даже расколоть пуансон.

Сама несущая полоса, теперь представляющая собой скелет из перемычек и остатков материала, выходит из задней части матрицы и либо разрезается на короткие отрезки, либо наматывается на катушку для металлолома. При этом готовые детали выбрасываются одним из нескольких методов: падением под действием силы тяжести через отверстие матрицы, струей воздуха, которая выталкивает детали на конвейер, или механическими толкателями, которые направляют их в сборные бункеры.

Надежное удаление лома – не второстепенная деталь. При скорости пресса от 200 до 1000 ходов в минуту даже одна застрявшая заготовка может остановить производство и потребовать удаления штампа для очистки. Вот почему опытные проектировщики штампов на начальном этапе проектирования планируют прямые, беспрепятственные пути падения и включают в себя элементы удержания пробок, такие как выталкивающие штифты или текстурированные отверстия штампа.

Когда физический процесс понятен, следующий логический вопрос заключается в том, что на самом деле находится внутри этого инструмента, конкретные компоненты, которые обеспечивают функционирование каждой станции, изнашиваются с течением времени и в конечном итоге определяют, как долго штамп будет работать, прежде чем потребуется обслуживание.

Анатомия прогрессивной матрицы и ее ключевые компоненты

Когда вы инвестируете в прогрессивную штамповочную оснастку, вы не покупаете ни одного куска закаленной стали. Вы покупаете прецизионную сборку из десятков компонентов, каждый из которых выполняет определенную роль, каждый подвержен износу и каждый подлежит замене по истечении срока службы. Понимание того, что находится внутри этого инструмента, дает вам более четкое представление о том, куда уходят ваши деньги, почему сроки выполнения заказов такие, какие они есть, и что влияет на затраты на техническое обслуживание в будущем.

Фундамент набора штампов и структурные компоненты

Каждая прогрессивная матрица состоит из набора матриц: пары подобранных толстых стальных пластин, называемых верхним и нижним башмаком. Верхняя колодка крепится болтами к толкателю пресса; нижний башмак прижимается к станине пресса. Вместе они образуют жесткий каркас, который удерживает все остальные компоненты на одном уровне.

Обе колодки соединяются направляющими стойками и направляющими втулками. Эти закаленные штифты и втулки обеспечивают точное соединение верхней и нижней половин при каждом движении. Типичные допуски направляющих штифтов находятся в пределах 0,0001 дюйма, что достаточно для сохранения зазоров при резке даже при повторяющихся ударах большой-мощности на производственной скорости. Направляющие-направляющие штифты на шарикоподшипниках стали отраслевым стандартом, поскольку они обеспечивают более плавное разделение половин матрицы и уменьшают асимметричный износ с течением времени.

Пяточные блоки, установленные рядом с углами штампа, поглощают боковые силы, возникающие во время резки и формовки. Без них боковые нагрузки смещали бы верхнюю половину относительно нижней, вызывая неравномерный износ пуансона и размерный сдвиг готовых деталей.

На верхнем башмаке установлены пластины пуансонов и фиксаторы пуансонов, которые удерживают режущие и формовочные пуансоны в точном положении. Опорные пластины расположены за фиксаторами пуансонов, чтобы распределять ударные нагрузки по более широкой площади, предотвращая попадание ударов обратно в более мягкий материал обуви при повторяющихся циклах езды на велосипеде.

Функциональные элементы, управляющие полосой

Структурные компоненты обеспечивают выравнивание матрицы. Но вторая категория деталей контролирует саму металлическую полосу, следя за тем, чтобы она сидела ровно, оставалась по центру и точно фиксировалась на каждой станции.

Стриптизершипредставляют собой подпружиненные-пластины, которые прижимают материал при опускании верхней матрицы. Они служат двум целям: удерживают полосу ровно на нижней поверхности штампа во время резки и формовки и снимают материал с пуансонов при открытии пресса. Без достаточного усилия съемника полоса может подняться вместе с пуансонами, деформироваться или застрять при следующем ходе.

Руководства по акциямпредставляют собой прецизионные каналы, вырезанные в нижней части матрицы, которые удерживают полосу в поперечном направлении. Они предотвращают смещение материала из стороны в сторону по мере продвижения, что может привести к нарушению расположения всех элементов относительно края полосы.

Пилотыпредставляют собой закаленные штифты, которые входят в предварительно-отверстия в полосе непосредственно перед тем, как каждая станция приступит к работе. Они исправляют любые остаточные ошибки подачи и фиксируют полосу в правильном положении. Зазор направляющей до отверстия обычно составляет от 0,0005 до 0,001 дюйма, а длина направляющей должна быть рассчитана таким образом, чтобы штифт входил в полосу до того, как зацепятся другие пуансоны, но не застревал и не тянул материал вверх при открытии матрицы.

Лифтерыпредставляют собой подпружиненные-устройства, которые поднимают полосу над нижней поверхностью матрицы между ходами пресса. Этот зазор позволяет питателю продвигать материал к следующему положению шага, не перетаскивая его по формообразующим элементам или поверхностям штампа. Подъемники штамповочной матрицы должны быть тщательно согласованы с системой подачи: подающий ролик остается открытым до тех пор, пока подъемники не достигнут полного хода, а затем закрывается непосредственно перед тем, как направляющие наконечники выходят из полосы. Неправильная оценка этого временного окна является одной из наиболее распространенных причин потери прогресса в производстве.

Эти элементы работают как система. Направляющие размещают полосу в поперечном направлении, подъемники поднимают ее для подачи, механизм подачи продвигает ее на один шаг, а пилоты фиксируют ее в окончательной регистрации, прежде чем съемники зафиксируют ее для следующей операции. Удалите любой элемент из этой цепочки, и повторяемость нарушится.

Изнашиваемые компоненты и удобство обслуживания

Похоже, нужно обслуживать много компонентов? Это так, но современные штампы для штамповки рассчитаны на модульность. Детали, которые изнашиваются быстрее всего (пуансоны, кнопки штампа, пилоты и пружины), выполнены в виде сменных вставок, а не являются неотъемлемой частью штампового блока. Когда пуансон затупляется или скалывается, техник может вытащить эту единственную вставку и заменить ее, не разбирая весь инструмент.

Выбор материала для этих вставок зависит от объема производства и штампуемого материала:

• Инструментальная сталь (А2, Д2, М2)- Хороший баланс прочности и износостойкости; стандартный выбор для большинства прогрессивных матриц, работающих с мягкой сталью или алюминием
• Твердосплавные вставки- Чрезвычайно высокая износостойкость, но более хрупкость; используется для высокоскоростного-производства, абразивных материалов, таких как нержавеющая сталь, или для применений, требующих длительных интервалов между заточками
• Перфорационные пластины и фиксаторы- Удерживайте режущие инструменты на месте; доступны модели с шаровым{{1}замком, плечевым замком и трубчатым-головным устройством для быстрой замены
• Кнопки матрицы- Внутренние режущие компоненты в паре с пуансонами; смещение немного больше, чем кончик пуансона (обычно 5-10% толщины материала), чтобы создать зазор, необходимый для чистого среза.
• Пластинчатые пружины (механические и азотные)- Обеспечьте силу зачистки и удерживайте-прижимное давление; Азотные газовые пружины обеспечивают более высокую силу в меньшем корпусе
• Направляющие пальцы и втулки- Система выравнивания; заменяется, когда износ превышает допустимый допуск
• Штамповочные штампы подъемников и пилотов- Элементы управления полосой, находящиеся в постоянном контакте с продвигающимся материалом; заменено в плановом порядке

Такой модульный подход означает, что хорошо сконструированная прогрессивная матрица-может производить миллионы деталей за свой срок службы с периодической заменой компонентов, а не с полной перестройкой. Сам комплект штампов, башмаки, направляющие стойки и пяточные блоки редко требуют замены. Реальные текущие инвестиции заключаются в расходных вставках и пружинах, которые принимают на себя основную нагрузку каждого цикла прессования.

Выбор между твердосплавными пластинами и пластинами из инструментальной стали – это не только вопрос стоимости. Твердый сплав служит значительно дольше между интервалами заточки, но стоит дороже на начальном этапе и более уязвим к сколам, если матрица неправильно подается или разбивается. Для большинства штампов, выполняющих менее 500 000 циклов между окнами технического обслуживания, инструментальная сталь D2 обеспечивает наилучший баланс. За пределами этого порога, а также при штамповке абразивной нержавеющей стали или-высокопрочных сплавов твердый сплав окупается за счет сокращения времени простоя.

Знать, что живет внутри инструмента, — это половина дела. Другая половина — это понимание того, какие материалы могут обрабатываться этим инструментом и как эти материалы влияют на выбор пресса, требования к тоннажу и, в конечном итоге, на скорость производства.

Выбор материала и требования к прессе

Каждый проект прогрессивной штамповки металла начинается с фундаментального вопроса: какой металл вы штампуете? Ответ определяет все, что происходит на последующих этапах процесса: от расчета тоннажа и скорости пресса до стратегии смазки и материала вставки штампа. Примите это правильное решение, и ваш инструмент будет работать миллионы циклов. Если вы сделаете это неправильно, вы столкнетесь с трещинами в пуансонах, чрезмерными заусенцами или штамповочным прессом, который заглохнет в нижней мертвой точке из-за того, что у него закончилась энергия в середине-хода.

Металлы, подходящие для прогрессивной штамповки

Прогрессивная штамповка металла позволяет обрабатывать широкий спектр сплавов, но каждый из них привносит в прессу свою индивидуальность. Вот сравнение наиболее распространенных прогрессивных штамповочных материалов:

Низко-углеродистая сталь доминирует в прогрессивной штамповке, поскольку она обеспечивает превосходную формуемость, предсказуемое пружинение и низкую стоимость материала. Он пробивает чисто, сгибается без трещин и изнашивает инструменты с приемлемой скоростью. Нержавеющая сталь обеспечивает стойкость к коррозии, но требует более высокого тоннажа и ускоряет износ пуансона из-за наклепа, в результате чего твердосплавные пластины становятся частым требованием.

Алюминий легкий, его легко резать, но он легко царапается о поверхности штампа и имеет тенденцию истираться без надлежащей смазки. Смазки на водной-основе и полированные поверхности штампов являются стандартной практикой. Прогрессивная штамповка меди служит для электрических и термических применений, где проводимость имеет большее значение, чем прочность. Медь и латунь мягкие, легко поддаются формованию и имеют чистые края, но из-за их податливости могут образовываться заусенцы, если не соблюдать зазоры между пуансоном-и-матрицей.

Диапазоны манометров, обычно обрабатываемые в прогрессивных штампах, варьируются от примерно 0,005 дюйма для чувствительных электронных терминалов до 0,125 дюйма для структурных кронштейнов. Ширина рулонов обычно варьируется от одного дюйма до примерно 24 дюймов, хотя практический предел зависит от размера станины пресса и размеров матрицы.

Критерии выбора прессы

Тип материала и геометрия детали вместе определяют то, что должен обеспечить ваш пресс с прогрессивной штамповкой. Наибольшее значение имеют три фактора: грузоподъемность, длина хода и номинальная скорость.

Тоннаж— пиковая сила, которую должен создать пресс. Для операций прошивки и вырубки расчет производится по простой формуле: периметр реза, умноженный на толщину материала, умноженный на прочность металла на сдвиг. Для станций формовки и волочения в расчете используется прочность на разрыв и учитывается геометрия детали. Вы суммируете силы на всех активных станциях, добавляете нагрузки от съемников пружин, подъемников и кулачков, а затем применяете запас прочности, обычно от 20 до 30 процентов. Согласно отраслевой практике, общее уравнение для любой операции обрезки или прошивки выглядит следующим образом:Тоннаж=Периметр х толщина х прочность на сдвиг, где прочность на сдвиг примерно равна60% прочности на растяжениедля большинства сталей.

Но сам по себе тоннаж не дает полной картины. Пресса также должна обеспечивать достаточноэнергиячерез ход, чтобы завершить все операции без остановки. Механический пресс может иметь достаточную пиковую нагрузку в нижней мертвой точке, но ему не хватает энергии маховика, чтобы поддерживать усилие при глубокой вытяжке, которая начинается в нескольких дюймах от низа. Это различие становится критически важным при штамповке более толстых листов или высокопрочных-сплавов.

Длина ходадолжен обеспечивать самую глубокую операцию формования в матрице, а также зазор для подъема полосы и выброса детали. Слишком короткий ход — и вы физически не сможете сформировать деталь. Слишком длинный цикл приводит к трате времени на-непродуктивные поездки.

Скорость печатинепосредственно регулирует экономику производства. Механические прессы с обычными маховиками превосходно выполняют-высокую скорость вырубки и прошивки простых деталей, обычно совершая от 400 до 1200 ходов в минуту при мелкой обработке. Прессы с серво-приводом имеют другое преимущество: программируемую скорость скольжения. Сервопресс может замедлять плунжер во время формовочной части хода для улучшения потока материала, а затем ускорять его на не-рабочей части для поддержания производительности. КакЖурнал Металлоформингобъясняет, что сервопрессы позволяют штамповщикам точно-настраивать скорость при ударе, сохраняя при этом максимально возможную производительность, что делает их идеальными для прогрессивной штамповки меди и других материалов, чувствительных к скорости удара.

Сервопрессы также поддерживают маятниковый режим, при котором вал меняет направление вместо того, чтобы совершать полный поворот на 360-градусов, что эффективно сокращает цикл хода и повышает производительность деталей, которым не требуется полный ход плунжера. Компромиссом является стоимость: сервопрессы требуют более высоких первоначальных инвестиций, чем обычные механические прессы, поэтому выбор зависит от того, действительно ли геометрия и материал вашей детали требуют переменного движения салазок или подойдет более простой пресс с постоянной скоростью.

Наконец, размер станины должен соответствовать площади вашего штампа и иметь место для зажимного оборудования и желобов для мусора. Станина меньшего размера приводит к ухудшению компоновки штампа или требует смещения инструмента от-центра, что ускоряет износ рамы и со временем ухудшает качество детали. Общее правило: выбирайте станину пресса как минимум на два-четыре дюйма больше, чем башмак матрицы в каждом направлении.

Выбор материала и прессы являются взаимозависимыми решениями. Сплав, который вы штампуете, определяет силы, которые должен выдерживать ваш штамп, скорость, с которой вы можете безопасно работать, и, в конечном итоге, стоимость детали при объеме производства. Выбор неправильной стороны влияет на всю программу. Но даже при идеальном сочетании материала и пресса ценность прогрессивной штамповки становится ясной только тогда, когда вы сравниваете ее-с-с альтернативными методами штамповки, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.

Прогрессивная матрица, трансферная матрица и составная матрица

Знать, как работает прогрессивная штамповка, — это одно. Знание того, что ответ с вашей стороны неправильный, поможет сэкономить или потратить впустую реальные деньги. Каждый метод штамповки существует потому, что определенные геометрии, объемы и допуски деталей отдают предпочтение одному подходу над другим. Вопрос никогда не стоит в том, «какой процесс лучше» в абсолютном выражении. Это всегда вопрос «какой процесс лучше всего подходит для этой конкретной части и в этом конкретном объеме».

Прогрессивная штамповка против трансферной штамповки

Чаще всего покупатели сравнивают прогрессивную и трансферную штамповку. Оба используют несколько станций для формирования готовой детали. Принципиальная разница? Как заготовка перемещается между этими станциями.

В прогрессивной матрице деталь остается прикрепленной к несущей ленте от первой до последней позиции. Сама полоса является транспортным механизмом. Деталь отделяется только на станции окончательной вырубки. Это ускоряет работу и исключает межстанционную обработку, но накладывает ограничение: деталь должна физически оставаться соединенной с плоской полосой на протяжении каждой операции.

Трансферная штамповка использует другой подход. Деталь отделяется от полосы заранее, часто на самой первой станции, и механические пальцы или передаточные рельсы физически подхватывают ее и перемещают между станциями. Каждая станция работает с отдельной заготовкой, а не с подключенной полосой.

Когда становится необходимым трансферное тиснение? Три сценария подталкивают вас к использованию инструментов для переноса:

• Очень глубокие розыгрыши- Поскольку несущая полоса, ограничивающая поток материала, отсутствует, передаточные штампы могут пробивать настолько глубоко, насколько позволяет сырье. Прогрессивные матрицы имеют ограниченную глубину вытяжки, поскольку соединение полос ограничивает расстояние, на которое металл может перемещаться в полость.
• Крупные детали, превышающие ширину полосы- Если площадь вашей детали превышает реальную ширину рулона (примерно 24 дюйма для большинства прогрессивных конфигураций), переносные матрицы обрабатывают деталь как предварительно-вырезанную заготовку без ограничений по ширине.
• Операции, требующие доступа ко всем ребрам- Когда вам нужно сформировать, обрезать или добавить элементы по всему периметру детали, несущая полоса прогрессивной матрицы буквально мешает. Трансферные матрицы освобождают все кромки для доступа к инструментам.

Трансферная штамповка обычно используется для изготовления больших панелей кузова, конструктивных элементов и корпусов для тяжелых условий эксплуатации-в автомобильной и промышленной сфере, где размер и глубина детали делают прогрессивные штампы непрактичными. Компромиссом является время цикла: механическая передача между станциями увеличивает миллисекунды на ход, а дополнительные механизмы перемещения увеличивают сложность оснастки. Однако для деталей среднего-и-большого размера, требующих многократной глубокой вытяжки и сложной обработки, передаточные штампы остаются непревзойденными.

Прогрессивная матрица, комбинированная матрица и одноэтапная-этапная матрица

Не каждая работа по штамповке требует последовательного выполнения нескольких станций. При штамповке сложной штамповки за один ход пресса выполняется несколько операций резания. Представьте себе шайбу: вам нужно вырезать внешний круг и пробить внутреннее отверстие. Составная матрица выполняет оба действия одновременно, производя плоскую готовую деталь одним ударом.

Это делает составные штампы эффективными для обработки плоских деталей с множеством отверстий, пазов или элементов по периметру, которые не требуют изгиба или формовки. Поскольку все происходит за один ход, составные штампованные детали имеют тенденцию быть более плоскими, чем их эквиваленты с прогрессивной штамповкой, поскольку в результате последовательных операций не накапливается напряжение. Составные инструменты также дешевле и быстрее изготавливаются, чем прогрессивные инструменты, что делает их привлекательными, когда бюджет ограничен, а геометрия детали проста.

Ограничение очевидно: составные матрицы только режут. Если ваша деталь нуждается в сгибании, вытягивании, тиснении или любой трехмерной формовке, вам понадобится либо прогрессивная матрица, либо отдельная операция формовки.

Одноэтапные-инструменты находятся на самом простом конце спектра. Один штамп, одна операция, один удар. Нужно пробить дырку? Один этап. Нужно согнуть фланец? Еще один этап в другом штампе. Деталь вручную или полу-перемещается между операциями. Этот подход работает для очень небольших объемов, очень больших деталей, которые не могут поместиться в многостанционный инструмент, или для прототипирования, когда вы проверяете геометрию, прежде чем переходить к дорогостоящим многостанционным штампам.

Стоимость одной-детали при одноэтапной-оснастке высока из-за трудозатрат и времени на обработку, но первоначальные вложения в инструмент минимальны. При годовом объеме производства менее нескольких тысяч деталей часто имеет больше финансового смысла поглощать более высокую рабочую силу, чем тратить шестизначные суммы на прогрессивную матрицу, на изготовление которой уходят месяцы.

Схема принятия решений на основе объема и геометрии

Выбор правильного метода сводится к четырем переменным: сколько деталей вам нужно в год, насколько они велики, насколько они геометрически сложны и насколько жесткими должны быть ваши допуски. Вот как эти переменные сопоставляются с методами:

Из этого сравнения вытекает несколько практических правил. Если ваша деталь плоская с отверстиями и не требует формовки, составные матрицы, скорее всего, обеспечат вам наилучшее соотношение стоимости оснастки и экономичности детали. Если ваша деталь имеет изгибы, формы или сложные элементы и вам нужны объемы производства более 50 000 штук в год, прогрессивные штампы почти всегда являются ответом. Если ваша деталь требует глубокой вытяжки, имеет физически большие размеры или требует операций на всех кромках, вам подойдет трансферный штамп.

Одноэтапное-инструментирование редко является долгосрочным-решением для производства. Он служит связующим звеном: проверка конструкции в небольших объемах перед переходом на многостанционную оснастку или выполнение разовых-прогонов прототипа, где геометрия все еще развивается. Как только объемы оправдывают инвестиции, большинство производителей переходят на прогрессивные или переносные штампы и никогда не оглядываются назад.

Часто упускают из виду один нюанс: эти методы не являются взаимоисключающими в рамках производственной программы. Деталь может начать жизнь в прогрессивном штампе для первичной формовки, а затем перейти к вторичной одностадийной операции для достижения функции, которую невозможно достичь, будучи прикрепленной к несущей полосе. Понимание преимуществ каждого метода позволит вам разработать производственный план, который стратегически объединит их, а не заставит все делать один процесс.

Система сравнения уточняет, какой подход соответствует вашей геометрии и объему. Чего он не раскрывает, так это структуру затрат, лежащую в основе каждого варианта, в частности, что влияет на цену инструмента, где находятся точки экономического пересечения и как скорость производства преобразуется в экономию на-детали в масштабе.

Структура затрат и когда окупается прогрессивная штамповка

Вот что сбивает с толку большинство покупателей,-покупающих впервые: цена на прогрессивную матрицу кажется огромной, пока вы не разделите ее на количество деталей, которые она производит. Прогрессивная штамповка может стоить доли цента за штуку при большом объеме, но это происходит только тогда, когда первоначальные инвестиции в оснастку, объем производства и скорость пресса совпадают. Неправильно оцените любой из этих трех факторов, и экономика рухнет.

Факторы стоимости оснастки

От чего зависит, будет ли ваш прогрессивный кубик стоить 15 000 или 150 000 долларов? Несколько факторов накладываются друг на друга:

• Количество станций- Для каждой операции (пробивание, форма, монета, заготовка) требуется собственная станция. Для простой заготовки-и-гнутой детали может потребоваться от 4 до 6 станций. Сложный соединитель с множеством изгибов, рельефов и жесткими-допусками может потребовать от 12 до 20 станций. Каждая станция добавляет время обработки, материал и инженерные разработки.
• Сложность штампа и сложность формовки- Глубокая вытяжка,-нарезание резьбы в штампе,-боковые действия, приводимые в действие кулачком, и много-осевая формовка — все это требует использования специальных механизмов, которые увеличивают как время проектирования, так и стоимость сборки.
• Вставьте материал- Твердосплавные пластины служат значительно дольше, чем инструментальная сталь (D2 или SKD11), но стоят в несколько раз дороже. При длительной прогрессивной штамповке, превышающей миллионы циклов между техническим обслуживанием, твердосплавный сплав окупает себя. Для более коротких программ инструментальная сталь обеспечивает достаточный срок службы при меньших инвестициях.
• Требования к допускам- Более жесткие допуски требуют более точной обработки компонентов штампа, дополнительных станций для монетирования и большего количества пробных итераций. Каждая десятая тысячная, которую вы затягиваете, увеличивает стоимость.
• Умереть жизненные ожидания- В штампе, рассчитанном на 500 000 деталей, используются другие марки материалов и методы изготовления, чем в штампе, рассчитанном на 10 миллионов. Более длительный срок службы означает использование стали премиум-класса, вставную конструкцию, упрощающую обслуживание, и более надежные системы направляющих.
• Разработка и испытание- Это стоимость, которую большинство котировок занижает. Итерационный процесс пробной обработки деталей, измерения, регулировки станций формовки на упругость и повторного-проработки может приблизиться к стоимости самого инструмента для сложной геометрии.

Данные отрасли ясно иллюстрируют этот диапазон. Простые прогрессивные штампы с базовыми операциями пробивки-и-сгиба обычно стоят от 10 000 до 25 000 долларов. Инструменты средней-сложности с 8–14 станциями и более жесткими допусками стоят в диапазоне от 25 000 до 60 000 долларов США, где сосредоточено большинство приложений для автомобилестроения и электроники. Штампы стоимостью более 60 000 долларов обычно включают в себя глубокую вытяжку, твердосплавные вставки для абразивных материалов или специализированные сенсорные блоки.

Критическое понимание? Конструкция вашей детали напрямую влияет на стоимость оснастки. Для каждой добавляемой вами функции требуется станция. Каждый указанный вами жесткий допуск требует более точных компонентов матрицы и большего количества циклов испытаний. Упрощение конструкции без применения инструментов – это самый высокий-возможный способ снижения затрат.

Пороговые значения объема и экономика на-детали

Прогрессивная штамповка имеет кривую затрат, в отличие от любого другого производственного процесса. Первоначальные инвестиции высоки, но предельные затраты на каждую дополнительную деталь практически незначительны: только сырье и время печати. Это создает драматическую точку пересечения, когда прогрессивные инструменты превращаются из дорогой роскоши в очевидную необходимость.

Где происходит этот кроссовер? Для большинства приложенийОт 50 000 до 100 000 годовых единицпредставляет собой порог, при котором прогрессивные инструменты обеспечивают очевидную окупаемость инвестиций по сравнению с такими альтернативами, как лазерная резка, штамповка на станках с ЧПУ или одноэтапные штампы. Сверх-простые детали могут оправдать инвестиции в размере 30 000 единиц. Сложные детали с высокой альтернативной стоимостью за штуку могут окупиться еще быстрее.

Рассмотрим математику. Если кронштейн стоит 5 долларов за единицу при лазерной резке с ручными вторичными операциями, а тот же кронштейн стоит 0,50 доллара за единицу при прогрессивной штамповке, вы экономите 4,50 доллара за деталь. Инвестиции в матрицу в размере 35 000 долларов окупаются менее чем за 8 000 деталей. При годовом выпуске 50 000 единиц окупаемость наступает менее чем за два месяца производства.

Скорость печати еще больше усиливает экономику. Высокоскоростная прогрессивная штамповка штампов со скоростью от 200 до 600+ ходов в минуту означает, что один пресс может производить десятки тысяч деталей за смену. При таких темпах трудозатраты и машинное время, затрачиваемые на каждую деталь, сводятся почти к нулю. Чем быстрее работает ваш пресс, тем ниже ваши-накладные расходы на каждую деталь, поэтому услуги прогрессивной штамповки металла подчеркивают скорость пресса как основной конкурентный рычаг для больших-объемных программ.

Отношения работают и в обратном направлении. Ниже перекрёстного объёма амортизация оснастки преобладает в стоимости детали. Распределение матрицы стоимостью 50 000 долларов США на 5000 деталей добавляет 10 долларов США за деталь только в инструментах, что делает альтернативы гораздо более привлекательными.

Ожидаемые сроки выполнения заказа

Инструменты не появляются в одночасье. От начала проектирования до производства-квалифицированных деталей сроки будут измеряться месяцами, а не неделями. Вот типичный прогресс:

• Проектирование и проектирование штампов (3-5 недель)- Компоновка полос, последовательность станций, моделирование FEA операций формовки и подробные чертежи компонентов.
• Закупка материалов (1-3 недели)- Заказ блоков из инструментальной стали, твердосплавных вставок, стандартных компонентов (пружины, направляющие штифты, датчики), часто совпадающих с конструкцией.
• Механическая обработка, шлифовка и термообработка (5-8 недель)- Обработка на станках с ЧПУ башмаков, пластин и вставок штампов; проволочная электроэрозионная обработка сложных профилей; термообработка для упрочнения режущих деталей; прецизионное шлифование поверхности для получения окончательных размеров.
• Сборка и установка стенда (1-2 недели)- Сборка всех компонентов, проверка посадок и зазоров, настройка времени.
• Пробное и повторение (2–4 недели)- Проведение пробных образцов, измерение критических размеров, регулировка станций формовки на упругость, повторная-прогонка до тех пор, пока детали не будут соответствовать спецификациям.
• Квалификация производства (1-2 недели)- Работа на производственной скорости, проверка возможностей SPC, утверждение первой проверки изделия.

Общий срок изготовления высококачественной прогрессивной матрицы обычно составляет от 12 до 20 недель. Простой инструмент с меньшим количеством станций может сократить время до 8–10 недель. Сложные штампы с жесткими допусками или множеством станций формовки могут растягиваться дольше, особенно когда при испытаниях выявляются проблемы с пружинением, требующие нескольких циклов коррекции.

Один временной риск, который застает покупателей врасплох: изменение дизайна на позднем-этапе. Модификация штампа после завершения обработки может стоить половину первоначальной стоимости инструмента и добавить к графику несколько недель. Замораживание конструкции детали перед началом резки стали не является обязательным. Это самая важная доступная защита расписания и бюджета.

Стоимость, объем и сроки образуют экономический треугольник любой прогрессивной программы штамповки. Но экономика сама по себе не гарантирует успеха. Другая половина уравнения, поддерживающая качество детали в течение миллионов циклов при поддержании штампа в оптимальном состоянии, определяет, действительно ли такая благоприятная экономичность в расчете на деталь сохраняется в производстве.

Допуски, контроль качества и обслуживание штампов

Выгодная экономичность каждой детали ничего не значит, если сами детали выходят за рамки технических характеристик в середине производственного цикла. Штамповочный штамп с прогрессивной штамповкой может обладать поразительной точностью, но только тогда, когда вы понимаете, какие диапазоны допусков реалистичны для каждого типа операции, как контролировать качество в реальном времени и какая периодичность технического обслуживания позволяет инструменту работать как новый в течение миллионов циклов. Эту главу большинство поставщиков пропускают, и именно она отделяет бесперебойную программу от учений по тушению пожара.

Размерные допуски и прецизионные возможности

Какую точность можно ожидать от прецизионной штамповки? Ответ во многом зависит от того, какая операция создала эту функцию. Резка, формовка и чеканка имеют разные достижимые окна допусков:

Операции резки обеспечивают самые жесткие допуски, поскольку резка является относительно предсказуемым механическим действием. Удар входит в материал, начинается сдвиг и разрушение распространяется на оставшуюся толщину. Пока зазоры правильные и инструмент острый, размеры отверстий-от-отверстия и отверстия-до-кромок остаются абсолютно одинаковыми.

Допуски на формовку шире, поскольку при изгибе возникает пружинение, упругое восстановление металла после втягивания пуансона. Упругость зависит от предела текучести материала, толщины, радиуса изгиба и даже положения рулона в партии плавки. Опытные инженеры по штампам компенсируют это за счет чрезмерного изгиба, добавления станций повторного удара или использования давления чеканки в вершине изгиба, но этому процессу все же присуща некоторая изменчивость.

Несколько факторов влияют на точность при всех типах операций:

• Состояние штампа- Тупой пробойник приводит к увеличению заусенцев и изменению эффективного размера отверстия. Изношенная формующая поверхность позволяет материалу еще больше пружинить.
• Консистенция материала- Различия в толщине, твердости или ориентации зерен внутри партии рулонов приводят к различиям между деталями-между-деталями, которые не могут устранить даже идеальные инструменты.
• Прогиб пресса- Под нагрузкой рамы пресса прогибаются. Если прогиб превышает пределы зазора штампа,качество отверстий и уровень заусенцев ухудшаются, особенно на-центральных станциях.
• Тепловое расширение- Во время продолжительной работы на высоких скоростях тепло трения приводит к небольшому расширению компонентов матрицы. Матрица, работающая со скоростью 600 об/мин в течение восьми часов, может сместить размеры на 0,0005–0,001 дюйма по мере стабилизации температуры.
• Точность пилота- Поскольку пилоты регистрируют полосу на каждой станции, любой износ направляющих штифтов или удлинение направляющих отверстий напрямую приводит к ошибке позиционирования последующих элементов.

Практический вывод? Укажите допуски на основе функции, а не стремления. Допуск ±0,001 дюйма на зазорном отверстии, которое соединяется с застежкой увеличенного размера 0,020 дюйма-, приводит к пустой трате денег на дополнительные устройства для монетирования и более частое обслуживание штампа. Металлические штамповки с прогрессивной точностью достигают наилучшей экономической эффективности, когда для действительно критически важных элементов предусмотрены жесткие допуски, а для остальной части детали используются стандартные диапазоны точности.

Контроль качества и методы проверки

Сохранять толерантность в начале забега очень просто. Для удержания детали на уровне 500 000 требуется многоуровневая система качества, которая улавливает изменения до того, как она дойдет до вашего клиента. В современных операциях с прогрессивными штампами используются как -мониторинг процесса, так и пост-контроль процесса для поддержания контроля.

Внутри-мониторинг процессапроисходит внутри и вокруг матрицы во время работы пресса. Эти системы обнаруживают проблемы в режиме реального времени, часто останавливая печатную машину до того, как будет изготовлена ​​хотя бы одна бракованная деталь:

• Встроенные-датчики- Датчики приближения проверяют выбрасывание деталей, положение зачистки и наличие элементов на каждой станции. Если деталь не извлекается или отсутствует какой-либо элемент, пресс немедленно останавливается.
• Тоннажные мониторы- Тензодатчики на раме пресса отслеживают силу каждого удара. Внезапный всплеск указывает на слизь или двойную-толщину. Постепенное увеличение указывает на износ пуансона или дрейф твердости материала.
• Проверка длины подачи- Энкодеры на сервоподатчике подтверждают, что полоса продвинулась на правильное расстояние. Короткие подачи или перегрузки помечаются до того, как может быть выполнен следующий удар.
• Обнаружение застревания- Датчики присутствия полосы- подтверждают, что материал находится в штампе и правильно расположен перед циклом прессования. Это предотвращает пустые удары, которые могут повредить удары или исказить кубик.

Проверка после-процессапроверяет готовые детали на соответствие требованиям чертежей либо выборочно, либо 100% для критически важных применений:

• Измерение КИМ- Координатно-измерительные машины отображают важные размеры в трехмерном-пространстве, предоставляя точные данные о местоположении отверстий, соответствии профилям и взаимосвязям между базами.
• Оптические компараторы- Проецируйте увеличенную тень детали на калиброванный экран для быстрого визуального сравнения с наложениями с допусками. Идеально подходит для проверки профилей и радиусов.
• Датчики «прикрепи и иди/не-ходи»- Быстрая функциональная проверка размеров отверстий, ширины прорезей и высоты формовки во время производства.
• Статистический контроль процессов (СПК)- Основа долгосрочного-управления качеством. Диаграммы SPC, обычно X-линейчатые и R-диаграммы, отслеживают критические размеры с течением времени, выявляя тенденции до того, как детали выйдут за пределы спецификации.

SPC заслуживает особого внимания. Представьте, что вы отслеживаете диаметр просверленного отверстия на протяжении всего производственного цикла. Каждый час техник вытягивает пять последовательных деталей и измеряет отверстие. Эти измерения вводятся в диаграммы X-bar (среднее значение) и R (диапазон). Постепенная тенденция увеличения размера отверстий сигнализирует об износе пуансона. Внезапное изменение среднего значения сигнализирует об изменении материала или ошибке настройки. Сила SPC в том, что он делает невидимые тенденции видимыми задолго до того, как они создадут бракованные детали.

Для крупных-штамповочных штампов с прогрессивным твердосплавным сплавом, работающих на производственных скоростях, автоматизированные системы технического зрения все чаще заменяют ручной контроль. Камеры, установленные на выходе из штампа, фиксируют изображения каждой детали, сравнивая профили с золотыми образцами со скоростью, соответствующей темпам печати. Детали, помеченные как подозрительные, автоматически отклоняются, а анализ закономерностей возвращается в цикл планирования технического обслуживания.

Техническое обслуживание штампа и предотвращение отказов

Прогрессивная игральная кость — это не инструмент, который можно-и-забыть. Это точный инструмент, подвергающийся постоянным механическим нагрузкам, и без дисциплинированного обслуживания качество постепенно ухудшается, пока он внезапно не выйдет из строя. Наиболее распространенные виды отказов в производстве включают в себя:

• Поломка пуансона- Пуансоны небольшого-диаметра уязвимы к боковым нагрузкам из-за смещения полосы или усталости от миллионов циклов ударов. Поломка создает недостающие элементы и может повредить соседние станции.
• раздражение- Перенос материала с полосы на поверхности матрицы, особенно на формовочных станциях. Истирание вызывает появление царапин на деталях и постепенно ухудшается, пока станцию ​​не отполируют или не нанесут новое покрытие. КакЖурнал МеталлоформингОбратите внимание, что истирание является одной из самых распространённых проблем,-связанных со штампами, о которых сообщается в пресс-центрах, и для его устранения требуется правильный зазор, подготовка поверхности и смазка в указанном приоритетном порядке.
• Дрейф времени- Пружинная усталость съемников или подъемников изменяет относительное положение полосы во время работы. То, что началось как идеальная регистрация, постепенно меняется, приводя к ошибкам позиционирования на всех станциях.
• Весенняя усталость- Как механические винтовые пружины, так и азотные пружины со временем теряют силу. Пониженное давление съемника приводит к неполному снятию изоляции и подъему детали. Слабые пружины подъемника вызывают следы сопротивления или короткую подачу.
• Пилотная одежда- Несмотря на закалку, направляющие со временем изнашиваются на кончике, увеличивая зазор до направляющих отверстий и ослабляя фиксацию полоски.

Профилактическое обслуживание проводится по графику-на основе цикла, а не по календарю-. Игрушка, работающая со скоростью 400 об/мин, накапливает удары гораздо быстрее, чем матрица, работающая со скоростью 60 об/мин, поэтому время само по себе является плохим фактором для обслуживания. Типичные интервалы выглядят так:

• Каждый запуск (настройка/демонтаж)- Очистите поверхности матрицы, осмотрите ее на наличие видимых повреждений, проверьте работу датчика, смажьте движущиеся компоненты.
• Каждые 50 000–100 000 обращений- Осмотрите кромки пуансона на предмет износа или сколов, проверьте состояние направляющего наконечника, проверьте усилие пружины с помощью манометра и осмотрите формовочные поверхности на предмет истирания или наростов.
• Каждые 200 000–500 000 обращений- Заточите или замените пуансоны и кнопки матрицы, замените изношенные направляющие, обновите азотные пружины, если усилие упало ниже порогового значения, повторно-проверьте износ направляющей ленты.
• Каждые 1000 обращений000+- Полный разбор штампа, проверка всех компонентов на соответствие исходным спецификациям, замена всех элементов, имеющих заметный износ, повторная-аттестация при первой проверке изделия перед возвратом в производство.

Проактивное заточение — это наиболее эффективный вид технического обслуживания. Пуансон, который затачивается при первых признаках роста заусенцев, удаляет несколько тысячных дюйма с лицевой поверхности и возвращается в строй со свежей режущей кромкой. Подождите слишком долго, и перфоратор сломается, что потребует полной замены с гораздо более высокими затратами и более длительным простоем. Большинство мастерских отслеживают высоту заусенцев в качестве триггерного показателя: когда заусенцы превышают определенный порог (часто 10% толщины материала), необходимо заточить.

Цель всех этих практик проста: сделать так, чтобы миллионная часть выглядела точно так же, как первая. Прогрессивная штамповка и штамповка обеспечивают такую ​​стабильность, но только тогда, когда системы качества и дисциплина технического обслуживания соответствуют точности, заложенной в сам инструмент. Эта история становится более нюансированной на границах, в ситуациях, когда даже идеальное техническое обслуживание не может преодолеть фундаментальные ограничения процесса, которые делают другой метод производства лучшим выбором.

Ограничения и случаи, когда прогрессивная штамповка не идеальна

Ни один производственный процесс не является универсально правильным, и штамповка с использованием прогрессивной оснастки не является исключением. Честная оценка того, где этот процесс дает сбой, экономит больше денег, чем любая оптимизация, применяемая после того, как неправильный метод уже применен. Вот где прогрессивные штампы достигают своего потолка.

Ограничения по объему и геометрии

Экономика неумолима ниже определенных порогов. Прогрессивная матрица стоимостью от 30 000 до 250 000 долларов не может оправдать себя, если годовые объемы производства составляют менее 30 000–50 000 деталей. При таких количествах лазерная резка с ЧПУ или револьверная штамповка позволяют получить сопоставимые детали при почти-нулевых инвестициях в оснастку, даже если стоимость-за штуку будет выше.

Размер детали вводит еще одну жесткую границу. Поскольку заготовка должна проходить через матрицу на несущей ленте, занимаемая площадь детали ограничена практической шириной рулона, которая обычно не превышает 24 дюймов. Более крупные компоненты, такие как структурные панели, большие корпуса или секции автомобильного кузова, просто не могут быть пронесены с помощью прогрессивного инструмента.

Глубокие розыгрыши представляют собой аналогичное ограничение. Несущая полоса ограничивает поток материала в формовочные полости. Когда ваша геометрия требует глубины вытяжки, превышающей примерно в 1,5 раза диаметр детали, соединение полос лишает станцию ​​формования материала и вызывает разрывы. Трансферная матрица, которая обрабатывает отдельные заготовки без прикрепления полосы, полностью устраняет это ограничение.

Детали, требующие обработки в нескольких направлениях, также выходят за рамки возможностей прогрессивного инструмента за один проход. Боковая-прошивка, задняя-формовка или элементы, требующие доступа к инструментам под углами, отличными от прямых вверх и вниз, требуют боковых действий с кулачковым-приводом, что приводит к значительным затратам и сложности. В крайних случаях вторичные операции вне штампа становятся неизбежными.

Ограничения проектирования, которые следует учитывать

Толщина материала имеет практические границы. Большинство прогрессивных штампов обрабатывают калибры от 0,005 до 0,125 дюйма. Если сделать тоньше, полоска застегнется во время кормления. Если вы станете толще, требования к тоннажу возрастут, скорость прессования упадет, а срок службы пуансонов резко сократится. Для обработки тяжелых листов толщиной более 0,125 дюйма обычно более практичными оказываются другие типы штампов или процессы с ЧПУ.

Минимальные размеры элементов определяются простым правилом: диаметр отверстий не должен быть меньше толщины материала. Нарушьте это соотношение 1:1, и процент поломок пуансонов резко возрастет. Для полосы толщиной 0,040-дюйма это означает отсутствие отверстий диаметром менее 0,040 дюйма без учета частых отказов инструмента и повышенных затрат на техническое обслуживание.

Требование к полосе несущей само по себе является ограничением. Ваша часть должна оставаться физически подключенной к полосе на каждой станции до окончательного отключения. Некоторые геометрии, особенно с формами на всех краях или глубокими элементами, которые могут разорвать носитель, просто не могут поддерживать это соединение. Когда вы сталкиваетесь с этим, логичной альтернативой становится трансферный кубик.

Последующая обработка также заслуживает внимания. Штампованные детали часто требуют удаления заусенцев, нанесения покрытия, термообработки или операций сборки, что увеличивает стоимость и время выполнения заказа сверх того, что выходит из пресса. Если ваше приложение требует жестких требований к качеству поверхности или термической обработки после-штампа, учтите эти второстепенные этапы при сравнении общей стоимости. Деталь, которая выглядит дешевой после штамповки и штамповки, может не выглядеть дешевой после трех дополнительных операций отделки.

Выбирайте прогрессивную штамповку, когда годовой объем превышает 50 000 единиц, геометрия детали соответствует ограничениям по ширине полосы, глубина вытяжки умеренная, а конструкция заморожена. Избегайте этого, когда объемы невелики, детали большие или глубоко вытянутые, функции требуют разнонаправленного доступа к инструментам или конструкция все еще развивается. В таких случаях переносные штампы, составные штампы или обработка на станках с ЧПУ обычно обеспечивают лучшие результаты при меньшем общем программном риске.

Эти ограничения не являются недостатками процесса. Это границы, которые определяют, где прогрессивная штамповка превосходит другие методы. Выявление их на ранней стадии, еще до того, как будут вложены деньги в инструменты, — вот что отличает хорошо управляемую-программу от программы, которая сжигает бюджет в погоне за неправильным решением. Настоящий вопрос для большинства команд становится практическим: как только вы подтвердите, что прогрессивные инструменты подходят вам, как вы будете продвигать проект от первоначального проектирования до масштабирования производства и как вы оцениваете поставщиков, которые будут создавать и эксплуатировать ваш штамп?

Поиск прогрессивных штампов и управление жизненным циклом проекта

Подтверждение того, что прогрессивные инструменты подходят для вашего применения, — это только начало. Настоящая задача реализации заключается в управлении процессом от концепции детали до квалифицированного производства и выборе подходящих производителей прогрессивных штампов для партнерства на этом пути. Если вы неправильно определите жизненный цикл, вы столкнетесь с месяцами задержек, дорогостоящими переделоками и штампами, которые так и не достигнут цели. Сделайте это правильно, и инструмент создаст миллионы одинаковых деталей с минимумом драматизма.

Жизненный цикл проекта от проектирования до производства

Каждая программа прогрессивного кубика следует предсказуемой траектории, и знание того, чего ожидать на каждом этапе, помогает вам задавать более правильные вопросы, выявлять проблемы на ранней стадии и не допускать смещения графика.

1. Обзор конструкции детали и отзывы DFM- Прежде чем приступить к работе с оснасткой, опытные инженеры по штампам проверят чертеж вашей детали на предмет технологичности. Они отмечают функции, которые влекут за собой ненужные затраты: слишком жесткие допуски на не-функциональные размеры, радиусы изгиба, которые могут привести к растрескиванию, расположение отверстий слишком близко к формам. Именно здесь начинается прогрессивное проектирование штампов, причем не с самого инструмента, а с оптимизации детали для технологического процесса. Если у вас сложная геометрия, ожидайте от 1 до 2 недель туда-обратно-и-вперед.
2. Проектирование и моделирование штампов- Поставщик создает макет полосы, определяет последовательность станций и моделирует всю матрицу в 3D CAD. Для критических операций формовки моделирование FEA прогнозирует течение материала, пружинение и потенциальное утончение еще до того, как сталь будет разрезана. Этап тщательного проектирования прогрессивной матрицы обычно занимает от 3 до 5 недель и должен привести к официальному рассмотрению проекта с вашей командой перед утверждением сборки.
3. Конструкция штампа- Обработка на станках с ЧПУ, электроэрозионная обработка, шлифовка и термообработка превращают необработанную инструментальную сталь в готовые компоненты штампов. Далее следует сборка и установка стола. Этот этап занимает от 6 до 10 недель в зависимости от сложности штампа и возможностей поставщика.
4. Тестирование и выборка- Матрица отправляется в пресс для первых запусков. Инженеры измеряют образцы деталей, настраивают станции формовки на упругость, проверяют подачу полосы и выполняют итерацию до тех пор, пока детали не встретятся с печатью. Планируйте от 2 до 4 недель, а иногда и дольше для многопозиционных инструментов с жесткими допусками формовки.
5. Квалификация производства и пандус- После того, как образцы пройдут проверку, проводятся производственные испытания на полной скорости, подтверждающие возможности SPC. Документация по проверке первого изделия (FAI) фиксируется в базовом состоянии. Отсюда вы переходите на полную громкость.

На каждом этапе вы должны получать измеримые результаты: пакеты анализа конструкции, отчеты о моделировании, образцы деталей с размерными данными и исследования возможностей. Если поставщик не может их предоставить, это сигнализирует о зрелости его процесса.

Оценка производителей прогрессивных штампов для вашего приложения

Не все магазины прогрессивных инструментов и штампов обеспечивают одинаковую ценность. Разрыв между поставщиком, который просто обрабатывает сталь, и тем, кто разрабатывает производственное решение, проявляется в производительности штампов, затратах на техническое обслуживание и скорости рампы. Оценивая услуги прогрессивной штамповки, используйте эти критерии, чтобы отделить сильных партнеров от рискованных:

• Большие-возможности прогрессивной штамповки с масштабируемой поддержкой производства- Поставщикам нравитсяЙИЧЕНспециализируемся на прогрессивных штампах для штамповки, предназначенных для эффективного многостанционного формования, обеспечения высокой повторяемости и масштабируемого массового производства, а также оказываем поддержку инженерам-технологам и группам по закупкам, которым нужен партнер, который объединит под одной крышей поиск штампов и массовое производство.
• Собственные-инжиниринговые возможности и возможности проектирования штампов- Ищите специализированные группы дизайнеров, использующие современные платформы CAD/CAM и программное обеспечение для моделирования. Аутсорсинговое проектирование добавляет уровни коммуникации и замедляет циклы итераций.
• Вместимость инструментального цеха и качество оборудования- Обрабатывающие центры с ЧПУ, проволочная электроэрозионная обработка, прецизионное шлифование и-собственная термообработка указывают на то, что поставщик контролирует качество на каждом этапе производства, а не полагается на субподрядчиков.
• Диапазон тоннажа прессов и испытательные мощности- Производитель, располагающий-прессами, соответствующими вашему производственному тоннажу, может опробовать и проверить матрицу в реалистичных условиях, выявляя проблемы, которые в противном случае всплыли бы только после поставки инструмента.
• Опыт работы с материалами и промышленностью- Мастерская, имеющая опыт работы с вашим конкретным материалом, будь то нержавеющая сталь, медь или высокопрочная-сталь, предвидит проблемы с формовкой и с самого начала определит подходящие материалы вставки и зазоры.
• Сертификаты качества и технологическая документация- Сертификация ISO 9001 или IATF 16949 свидетельствует о дисциплинированном управлении процессами. Попросите доказательства внедрения SPC, процедур первой статьи и систем отслеживания.
• После-послепродажная поддержка и техническое обслуживание- Прогрессивные штампы для штамповки требуют постоянной заточки, замены компонентов и периодического ремонта. Оцените, предлагает ли поставщик поддержку по техническому обслуживанию, наличие запасных частей и оперативное техническое обслуживание после поставки.
• Масштабируемость и гибкость- Ваши объемы могут вырасти или конструкция вашей детали может измениться. Поставщик, способный модифицировать существующие штампы, добавлять станции или создавать новые-инструменты, не начиная с нуля, обеспечивает долгосрочную-отдачу.

По возможности посещайте данное учреждение. Прогуляйтесь по инструментальному цеху, изучите прогрессивные штампы на различных стадиях сборки и попросите показать образцы деталей из сопоставимых программ. Отзывы клиентов в вашей отрасли имеют больший вес, чем любая брошюра. Производитель, который может показать вам штамп, который он построил пять лет назад и все еще работает на производственной скорости, расскажет вам о своем инженерном качестве больше, чем любой рекламный щит.

В конечном счете, поиск услуг прогрессивной штамповки не является сделкой покупки. Это техническое партнерство. Инженерное решение поставщика определяет конструкцию вашей матрицы, качество сборки определяет ваши затраты на техническое обслуживание, а его технологическая дисциплина определяет, насколько быстро вы достигнете стабильного производства. Выбор только по цене в долгосрочной перспективе почти всегда обходится дороже, чем выбор по возможностям и последующее согласование справедливых условий.

Часто задаваемые вопросы о прогрессивной штамповке и штамповке

1. В чем разница между прогрессивным кубиком и передаточным кубиком?

Прогрессивная матрица удерживает заготовку на несущей ленте при ее прохождении через несколько станций, отделяя ее только на последней станции вырубки. Передаточный штамп отделяет деталь заранее и использует механические пальцы или направляющие для перемещения отдельных заготовок между станциями. Трансферные штампы предпочтительны для очень глубокой вытяжки, деталей, ширина которых превышает реальную ширину рулона (около 24 дюймов), или геометрий, требующих доступа инструмента ко всем краям. Прогрессивные штампы работают быстрее (200-1,200+ об/мин по сравнению с 20–80 об/мин при переносе) и стоят меньше за деталь при больших объемах, но они накладывают ограничения на размер и глубину вытяжки, которых можно избежать с помощью переносного инструмента.

2. Сколько стоит штамп прогрессивной штамповки?

Стоимость прогрессивной матрицы зависит от количества станций, сложности штамповки, материала вставки, требований к допускам и ожидаемого срока службы матрицы. Простые штампы для пробивки-и-гибки с 4-6 станциями обычно стоят от 10 000 до 25 000 долларов США. Инструменты средней-сложности с 8–14 станциями стоят от 25 000 до 60 000 долларов. Штампы высокой сложности с глубокой вытяжкой, твердосплавными вставками или специализированными датчиками могут стоить более 60 000 долларов. Конструкция детали напрямую влияет на стоимость, поскольку каждая добавленная функция требует дополнительной станции, а более жесткие допуски требуют более точной обработки и большего количества пробных итераций.

3. Какой объем оправдывает инвестиции в прогрессивную штамповочную оснастку?

В большинстве случаев рентабельность инвестиций достигает 50 000–100 000 единиц в год по сравнению с такими альтернативами, как лазерная резка или штамповка на станках с ЧПУ. Сверх-простые детали могут оправдать инвестиции в размере 30 000 единиц, тогда как сложные детали с высокой альтернативной стоимостью-за штуку могут выйти из строя даже раньше. Математика проста: разделите инвестиции в инструменты на экономию на-детали по сравнению с альтернативными методами. Ниже объема перехода амортизация инструмента доминирует в стоимости детали и делает более простые методы более экономичными.

4. Каких допусков можно достичь с помощью прогрессивной штамповки?

Достижимые допуски зависят от типа операции. Операции прошивки и вырубки выполняются в диапазоне от ±0,001 до ±0,003 дюйма, при этом ±0,0005 дюйма возможны при использовании прецизионного инструмента. Гибка и формовка обычно достигают значений от ±0,005 до ±0,015 дюйма из-за изменчивости пружинения. Операции чеканки производят от ±0,001 до ±0,002 дюйма за счет сжатия материала при большом тоннаже. Ключевые факторы, влияющие на точность, включают состояние штампа, консистенцию материала в партии рулонов, прогиб пресса под нагрузкой, тепловое расширение при длительных тиражах и точность направляющего штифта для регистрации полосы.

5. Сколько времени занимает создание прогрессивного штампа от проектирования до производства?

Типичная программа прогрессивного штампования длится от 12 до 20 недель от начала проектирования до производства-квалифицированных деталей. График разбивается следующим образом: проектирование штампа и проектирование (3-5 недель), закупка материалов (1–3 недели, часто перекрывающиеся), механическая обработка и термообработка (5–8 недель), сборка и подгонка (1–2 недели), опробование и итерация (2–4 недели) и квалификация производства (1–2 недели). Более простые инструменты могут сжиматься до 8-10 недель, тогда как сложные штампы с жесткими допусками формования могут работать дольше. Изменения конструкции на поздней стадии после начала обработки могут добавить недели и значительные затраты.