Ковка мелких деталей: выбор процесса, правила проектирования и допуски

Выберите лучший процесс ковки мелких деталей

Мелкие детали можно выковать с помощью нескольких процессов, в которых учитываются стоимость инструмента, достижимый допуск и использование материала. Начните с подбора семейства деталей (крепежи, шестерни, штифты, хомуты, небольшие рычаги, электрические контакты) к технологическому окну и к отделке, которую вы можете допустить.

Быстрое правило, позволяющее избежать неправильного процесса

• Если деталь по своей геометрии похожа на крепеж, начните с холодной высадки/холодной штамповки, прежде чем рассматривать горячую штамповку.
• Если вам нужна высокая прочность и характеристики, близкие к идеальной (бобышки, шлицы, короткие ребра), рассмотрите возможность холодной ковки на нескольких станциях или горячей ковки.
• Если сплав трудно поддается холодной формовке (или изменения сечения агрессивны), горячая ковка в закрытом штампе с запланированным этапом чеканки/обрезки обычно безопаснее.

Правила проектирования, которые делают ковку мелких деталей предсказуемой

Большинство проблем, связанных с ковкой мелких деталей, связаны с геометрией, которая захватывает материал, вызывает резкие повороты потока или требует нереалистичных допусков при ковке. Следующие правила уменьшают износ матрицы, стабилизируют заполнение и обеспечивают равномерную обрезку.

Контролируйте уклон, радиусы и стратегию разъема

• Спланируйте уклон стен, которые выходят из штампа. Для стали осадка обычно упоминается в 3–7° диапазон, в зависимости от глубины и сложности.
• Избегайте лезвий ножей и острых внутренних углов; используйте щедрые филе, чтобы сохранить поток и умереть. Некоторые рекомендации по ковке нержавеющей стали см. 0,25 дюйма (6,35 мм) Радиус скругления рассматривается как минимальная контрольная точка для облегчения потока.
• Разместите линию разъема там, где она сводит к минимуму влияние несоответствия на функциональные функции и где обрезка вспышки доступна и воспроизводима.

Четко объясните, что такое «как отковано», а что «обработано»

Для мелких деталей редко бывает необходимо (или экономично) везде гоняться за сверхплотной посадкой. Практический подход заключается в том, чтобы пометить только критически важные для функционирования функции как «требуемые доработки», а все остальное оставить как есть.

• Кованые поверхности: ребра, бобышки и несопрягающиеся поверхности, где допускается почти сетка.
• Требуемые поверхности: отверстия подшипников, уплотнительные поверхности, прецизионная резьба и базовые элементы, которые определяют компоновку сборки.

Создайте «удобную для потока» иерархию функций.

• Сохраняйте глубокие и тонкие ребра консервативными; если они вам нужны, рассмотрите возможность ковки с несколькими оттисками, чтобы каждое оттиск постепенно увеличивало высоту, а не требовало полного заполнения за один удар.
• Предпочитайте сквозные отверстия, созданные путем прошивки после ковки или вторичной механической обработки, а не пытайтесь сформировать сложные подрезы в матрице.
• Там, где это возможно, совместите основные пути нагрузки с ожидаемым потоком зерна (одно из основных механических преимуществ ковки).

Практическая схема процесса штамповки мелких деталей

Ниже приведена надежная базовая схема, которую вы можете адаптировать независимо от того, выполняете ли вы холодную ковку детали, похожей на застежку, или горячую ковку небольшого рычага/хомута. Главное — рассматривать обрезку, калибровку/чеканку и проверку как часть основного процесса, а не как второстепенные мысли.

1. Определите критичные для качества размеры (CTQ), исходные данные и приемлемые кованые поверхности.
2. Выберите маршрут ковки (холодная/теплая/горячая) на основе CTQ, формуемости сплава и объема.
3. Разработайте стратегию преформ (особенно для горячей ковки): распределите объем так, чтобы окончательный оттиск заполнялся без чрезмерного заусенца.
4. Спроектируйте штампы с уклоном, радиусами и линией разъема для надежного освобождения и доступа к обрезке.
5. Планирование операций по обрезке и калибровке/чеканке монет; зарезервируйте их для функций, которые должны быть плотными.
6. Укажите термообработку (при необходимости) и отделку поверхности (например, гальваническое покрытие, покрытие) после стабилизации размеров.
7. Установите план проверки: проверка первого товара, проверка в процессе и окончательная выборка, привязанная к CTQ.

Совет: При крупносерийной штамповке мелких деталей тратьте больше усилий на ранние испытания штампов и циклы измерения, чем на сортировку после обработки: профилактика дешевле, чем обнаружение.

Допуски и инструменты управления, которые уменьшают изменчивость

Разброс размеров мелких кованых деталей обычно возникает из-за изменений закрытия штампа, износа штампа, колебаний температуры (горячая/теплая ковка), несоответствия смазки (холодная/теплая) и изменений обрезки. Вы можете напрямую смягчить эти последствия с помощью нескольких проверенных средств контроля.

Используйте чеканку/калибровку, когда толщина имеет значение

Если толщина линии разъема равна CTQ, запланируйте этап чеканки/калибровки. Примечания по одной ковке типичный допуск закрытия около ±0,030 дюйма , с ±0,010 дюйма достижимо с помощью операции чеканки после ковки (а в особых случаях даже более жесткой). Это обычная закономерность: вы не «желаете» горячей ковки получить плотную толщину — вы ее калибруете.

Планируйте износ и обрезку так, как будто они являются деталями

• Добавьте явные допуски на обрезку, чтобы удаление заусенцев не нарушало функциональную геометрию.
• Определите стратегию компенсации износа штампа: допустимые пределы износа, интервалы повторной полировки и триггер измерения для повторной резки пластин.
• Там, где необходимы узкие кромки, рассмотрите возможность вторичной резки или легкой механической обработки, а не заставляйте ковочную матрицу «удерживать» острую кромку в течение длинных тиражей.

Поддерживайте температуру и смазку в узком диапазоне.

При теплой/горячей ковке более строгий контроль температуры уменьшает вариации заполнения и окалину; при холодной штамповке консистенция смазки уменьшает пики трения, которые приводят к разбросу размеров и поломке инструмента. Для небольших деталей небольшие колебания могут иметь огромные последствия, поскольку объемы элементов малы по сравнению с общим объемом детали.

Стоимость и использование материалов: где выигрывает ковка мелких деталей

Для изготовления мелких деталей часто выбирают ковку, поскольку она позволяет сократить количество отходов и время обработки, одновременно повышая прочность. В ссылках на холодную ковку обычно говорится о приближении использования материала. почти 100% в благоприятной геометрии, и в более широких дискуссиях по холодной ковке часто упоминаются 85–95% диапазон использования зависит от семейства деталей и настройки процесса.

Простой числовой пример (почему значение околосети имеет значение)

Предположим, на небольшую стальную деталь уходит 40 г готового материала.

• Обработка прутков при загрузке 60% потребляет около 66,7 г бульона (40 г/0,60), создавая 26,7 г лома на деталь.
• Холодная ковка при загрузке 95% потребляет около 42,1 г бульона (40 г/0,95), создавая 2,1 г лома на деталь.
• При 100 000 деталей в год эта разница примерно равна 2,46 метрических тонны меньше отходов (26,7 г − 2,1 г = экономия 24,6 г на деталь).

Вот почему ковка мелких деталей особенно привлекательна в больших объемах: дельта материала быстро смешивается, а время обработки сокращается, когда деталь почти готова.

Когда ковка может быть не лучшим выбором по стоимости

• Очень низкие объемы, при которых стоимость штампа не может быть амортизирована.
• Геометрии, в которых преобладают глубокие выточки или сложные внутренние полости (часто лучше подходят для механической обработки, MIM или литья).
• Сверхточность подходит везде, где бы вы ни обрабатывали большинство поверхностей.

Контрольный список качества для поковки мелких деталей, готовой к производству

Используйте этот контрольный список, чтобы стабилизировать качество перед масштабированием. Он предназначен для выявления наиболее распространенных ошибок при штамповке мелких деталей: неконтролируемых отклонений, неясных CTQ и сюрпризов допусков на поздней стадии.

Перед окончательной обработкой инструментов

• CTQ определяются с помощью базовых данных и метода калибровки; Поверхности, не соответствующие стандарту CTQ, явно разрешено использовать в состоянии ковки.
• Пересмотр проекта и стратегии сопряжения; Доступ к линии разъема и обрезки подтвержден.
• Спецификация материала включает соображения формуемости для предполагаемого маршрута ковки.

Во время испытаний

• Измеряйте замыкание/несоответствие и основные CTQ для нескольких обращений, а не только для одной выборки.
• Подтвердить повторяемость обрезки; проверьте наличие заусенцев/перекосов, которые могут повлиять на сборку.
• Если приводы толщины/плоскостности работают, заранее проверьте производительность чеканки/калибровки.

В производстве

• Определить предел износа и переработать триггер для штампов; не ждите, пока клиент уйдет, чтобы исправить дрейф.
• Используйте внутрипроцессные проверки, связанные с CTQ (а не только визуальный осмотр), и соблюдайте простой план реагирования в случае изменения значений.
• Отделите контейнеры «приемлемые в исходном состоянии» от бункеров «требуемой отделки», чтобы избежать ненужной доработки.

Итог: ковка мелких деталей успешна, когда проектирование ковки (чертеж, радиусы, отрезка, обрезка) рассматривается как часть проектирования, а определение размеров/чеканка и контроль используются стратегически для контроля CTQ без чрезмерной механической обработки всего компонента.