Штамповка в составном штампе: определение, допуски и когда её применять
Составной штамп — это штамповочный инструмент, который выполняет несколько операций, таких как вырубка и пробивка, за один ход пресса в одной позиции. Применять составной штамп следует, когда деталь требует высокой плоскостности, точного соотношения «отверстие-кромка» и объёмов производства от 10 000 до 1 000 000 единиц, где более высокая стоимость инструмента компенсируется более быстрым временем цикла и сокращением вторичной обработки.
Принцип работы составного штампа и его ключевые преимущества
В составном штампе вырубной пуансон и пробивной пуансон установлены на одной плите штампа, но действуют в противоположных направлениях относительно прижима. Штамп сконструирован так, что внешняя кромка пуансона вырубает внешний контур, а внутренние пуансоны одновременно пробивают отверстия. Поскольку все операции выполняются за один ход, заготовка никогда не перемещается, что исключает накопление погрешностей позиционирования.
Такая конструкция даёт два важных инженерных преимущества. Во-первых, плоскостность готовой детали выше, поскольку материал удерживается в плоском состоянии прижимной плитой в течение всей операции. Во-вторых, соосность между внешним контуром и внутренними отверстиями поддерживается в пределах ±0,01 мм, чего трудно достичь с помощью последовательных штампов на тонких материалах. Например, шайба из нержавеющей стали толщиной 0,5 мм может быть вырублена и пробита составным штампом с общей плоскостностью 0,03 мм на диаметре 50 мм, тогда как последовательный штамп обычно даёт плоскостность 0,08 мм.
Составной штамп против последовательного штампа против однооперационного штампа
Выбор типа штампа зависит от геометрии детали, требований к допускам и объёма производства. Однооперационный штамп выполняет одну операцию за ход, составной штамп выполняет несколько операций за ход в одной позиции, а последовательный штамп выполняет несколько операций на нескольких позициях по мере продвижения ленты. В таблице ниже приведено прямое сравнение на основе типичных заводских данных производственных серий BQUQ.
| Параметр | Составной штамп | Последовательный штамп | Однооперационный штамп |
| Стоимость оснастки (USD) | 4 500 – 12 000 | 8 000 – 30 000 | 1 500 – 4 000 |
| Срок изготовления оснастки | 3 – 5 недель | 6 – 10 недель | 2 – 3 недели |
| Допуск (отверстие-кромка) | ±0,01 мм | ±0,03 мм | ±0,05 мм |
| Плоскостность (материал 0,5 мм) | макс. 0,03 мм | макс. 0,08 мм | макс. 0,10 мм |
| Скорость цикла (ходов/мин) | 120 – 200 | 400 – 800 | 60 – 120 |
| Стоимость детали за 1000 шт. (USD) | 45 – 90 | 35 – 70 | 80 – 140 |
| Доля брака | 15 – 25% | 10 – 15% | 30 – 40% |
| Оптимальный объём производства | 10 тыс. – 1 млн шт. | 100 тыс. – 10 млн шт. | до 5 тыс. шт. |
Разница в скорости цикла значительна. Составной штамп работает со скоростью 120–200 ходов в минуту, поскольку пресс должен воспринимать полное усилие вырубки за один удар. Последовательный штамп достигает 400–800 ходов в минуту, потому что каждая позиция выполняет лишь часть работы. Однако преимущество составного штампа заключается в исключении вторичных операций. Для детали, требующей зенкованного отверстия и вырубленного контура, составной штамп производит готовую деталь за 0,5 секунды, тогда как последовательному штампу требуется 0,8 секунды с учётом продвижения ленты, и при этом последовательный штамп всё равно требует отдельной операции снятия заусенцев.
Допуски и возможности по качеству поверхности
Составные штампы превосходно подходят для применений, где критичны размеры «отверстие-отверстие» и «отверстие-кромка». Поскольку пуансоны и матрица изготавливаются как согласованный комплект, достижимый допуск позиционирования составляет ±0,01 мм для центров отверстий и ±0,015 мм для расстояний «отверстие-кромка» на материале толщиной до 3,0 мм. Для более толстого материала, до 6,0 мм, допуск увеличивается до ±0,02 мм из-за повышенного прогиба плиты штампа под действием больших усилий вырубки.
Качество срезанной кромки — ещё одно отличие. Составной штамп обеспечивает зону приработки 60–80% толщины материала на вырубленной кромке, тогда как последовательный штамп даёт 40–50%. Это связано с тем, что материал полностью поддерживается с обеих сторон во время операции вырубки. Например, на детали из мягкой стали толщиной 2,0 мм составной штамп даёт зону приработки 1,4 мм, а последовательный — только 1,0 мм. Оставшаяся часть — зона скола, которая имеет более шероховатую поверхность. Для таких применений, как клапанные пластины или шайбы, требующие уплотнительных поверхностей, более высокое соотношение приработки напрямую улучшает эксплуатационные характеристики.
Совместимость материалов и ограничения по толщине
Составные штампы подходят для большинства штамповочных материалов, но диапазон толщин ограничен усилием пресса и конструкцией штампа. Практический диапазон толщин для составного штампа составляет от 0,1 мм до 6,0 мм. При толщине менее 0,1 мм материал имеет тенденцию складываться между пуансоном и матрицей, а не срезаться чисто. При толщине более 6,0 мм усилие вырубки становится чрезмерным, и компоненты штампа рискуют треснуть. Например, вырубка пластины из нержавеющей стали 304 толщиной 6,0 мм диаметром 50 мм требует примерно 120 тонн усилия, что требует тяжёлого блока штампа и более крупной станины пресса.
Типичные обрабатываемые материалы включают холоднокатаную сталь (SPCC, DC01), нержавеющую сталь (304, 316), алюминиевые сплавы (5052, 6061), латунь (H62) и медь (C1100). Для алюминия и меди составной штамп может работать на более высоких скоростях, поскольку прочность на срез ниже. Деталь из алюминия 5052 толщиной 1,0 мм может вырубаться со скоростью 180 ходов в минуту, тогда как та же геометрия из нержавеющей стали 304 работает на 120 ходах в минуту для снижения износа штампа.
Разбивка затрат и экономическое обоснование
Стоимость оснастки для составного штампа выше, чем для однооперационного, но ниже, чем для последовательного. Разбивка затрат для типичного составного штампа, используемого для производства шайбы диаметром 30 мм с центральным отверстием 10 мм, выглядит следующим образом: проектирование и инжиниринг — 1 200 USD, механическая обработка и шлифовка плиты штампа — 2 800 USD, изготовление пуансонов и вставок матрицы — 1 500 USD, прижим и направляющие компоненты — 800 USD, сборка и испытания — 1 200 USD, итого 7 500 USD. Процесс испытаний обычно требует 500–800 пробных ходов для проверки размеров и регулировки зазора штампа.
Экономическая точка безубыточности по сравнению с однооперационным штампом составляет примерно 8 000 деталей. При 8 000 деталях более высокая стоимость оснастки составного штампа окупается за счёт снижения трудозатрат и обработки. При объёме менее 8 000 деталей однооперационный штамп с двумя отдельными операциями более экономичен. По сравнению с последовательным штампом составной штамп более экономичен до 1 миллиона деталей. Свыше 1 миллиона деталей более высокая скорость цикла и меньшая стоимость детали последовательного штампа становятся доминирующими.
Практические рекомендации для инженеров-конструкторов
При проектировании детали для штамповки составным штампом следуйте этим рекомендациям, чтобы минимизировать затраты и максимизировать качество. Во-первых, минимальный диаметр отверстия должен составлять не менее 1,2 толщины материала. Например, для детали толщиной 0,5 мм требуется минимальный диаметр отверстия 0,6 мм. Меньшие отверстия создают риск поломки пуансона и требуют частой переточки. Во-вторых, минимальное расстояние между кромкой отверстия и вырубной кромкой должно составлять не менее 1,5 толщины материала. Это предотвращает разрыв металла между двумя кромками во время операции вырубки.
В-третьих, избегайте острых внутренних углов в вырубном контуре. Указывайте минимальный радиус скругления 0,5 толщины материала. Острые углы создают концентрацию напряжений в штампе и снижают срок службы инструмента. В-четвёртых, учитывайте направление волокон материала для операций гибки. Если деталь требует гибки после вырубки, линия гиба должна быть перпендикулярна направлению прокатки, чтобы предотвратить растрескивание. В-пятых, запрашивайте зазор штампа 5–8% толщины материала на сторону для чёрных металлов и 3–5% для цветных металлов. Этот зазор влияет на качество срезанной кромки и высоту заусенцев.
Часто задаваемые вопросы об использовании составных штампов
Вопрос: Может ли составной штамп производить детали с изгибами или формовкой? Нет, составной штамп ограничен плоской вырубкой и пробивкой. Если ваша деталь требует изгиба, необходима операция формовки в отдельном штампе или последовательный штамп с позицией гибки.
Вопрос: Каков типичный срок службы составного штампа? Для мягкой стали срок службы составляет от 200 000 до 500 000 ходов до переточки. Для нержавеющей стали срок службы снижается до 80 000 – 150 000 ходов. Материал пуансона — обычно инструментальная сталь D2, закалённая до 58–62 HRC.
Вопрос: Как узнать, слишком ли велика моя деталь для составного штампа? Максимальная площадь вырубки ограничена мощностью пресса. Стандартный составной штамп может выдерживать усилие вырубки до 150 тонн, что соответствует максимальной площади вырубки примерно 150 квадратных сантиметров в мягкой стали толщиной 2,0 мм. Для более крупных деталей требуется последовательный или трансферный штамп.
Вопрос: Образует ли составной штамп заусенцы? Да, составной штамп образует заусенец на вырубной кромке, но высота заусенца обычно составляет 0,02–0,05 мм для материала толщиной до 2,0 мм. Если применение требует кромки без заусенцев, укажите дополнительную операцию снятия заусенцев или запросите конструкцию штампа с зачисткой кромки, что увеличивает стоимость оснастки на 15–20%.
Заключение и следующие шаги для вашего проекта штамповки
Составной штамп — оптимальный выбор, когда ваша деталь требует высокой плоскостности, жёстких допусков «отверстие-кромка» и объёмов производства от 10 000 до 1 000 000 единиц. Он предлагает наилучший баланс стоимости оснастки, времени цикла и качества детали для плоских деталей, требующих нескольких операций. Для деталей с изгибами или очень больших объёмов свыше 1 миллиона единиц более подходит последовательный штамп. Для малых объёмов ниже 8 000 единиц более экономичен однооперационный штамп. Оцените геометрию вашей детали и требования к допускам на основе данных из этой статьи, чтобы принять правильное решение.
BQUQ производит составные штампы более 20 лет в Дунгуане, Китай, обслуживая клиентов в автомобильной, электронной и бытовой отраслях. Наша инженерная команда предоставляет услугу котировки за 12 часов для проектов составных штампов. Отправьте чертежи ваших деталей на sc@bquq.com или свяжитесь с нами в WhatsApp по номеру +86 13713157787, чтобы получить подробный анализ технологичности и оценку стоимости. Посетите www.bquq.com, чтобы ознакомиться с нашими возможностями штамповки и сертификатами качества.
