Высокоскоростная прецизионная штамповка и технология микроформования: от электронных соединений до сердечников микродвигателей
Введение: Экстремальная задача штамповки в микроэпоху
Многорядные прецизионные разъемы внутри смартфона, ультратонкий сердечник из кремниевой стали нового двигателя привода энергетического автомобиля и крышка радиочастотной защиты базовой станции 5G - все эти продукты основаны на технологии высокоскоростной прецизионной штамповки. Скорость штамповки современных высокоскоростных штамповочных станков может достигать более 1200 ходов в минуту, в то время как требования к размерной точности заготовки часто находятся в пределах ±0,01 мм или даже ±5 мкм. Это означает, что в цикле штамповки каждые 0,05 секунды материал должен выполнять несколько процессов, таких как подача, выравнивание, штамповка, растяжение, постукивание и даже клепка, а накопленная ошибка каждого процесса должна контролироваться в очень узком диапазоне допусков.
В настоящем документе основное внимание уделяется динамике высокоскоростной прецизионной штамповочной equipment-die-material-process системы, а также интегрированным технологиям, таким как внутриштамповка (внутриштамповка, внутриштамповая клепка, клепка с железным сердечником), предоставляя техническое руководство по обработке штампованных деталей с высокой добавленной стоимостью.
Во-первых, системная динамика высокоскоростной штамповки
1,1 Основные технические показатели высокоскоростных пуансонов
Обычные удары могут достигать 600 ударов в минуту, но настоящие высокоскоростные прецизионные удары обычно превышают 800 ударов в минуту и могут достигать до 2500 ударов в минуту. Основные показатели включают в себя: кривую движения ползунка (синусоидальная по сравнению с улучшенной трапециевидной кривой), динамическую повторяемость нижней мертвой точки (в пределах ±0 мм), жесткость рамы и конструкцию снижения вибрации. Технология сервопривода постепенно заменяет традиционную конструкцию муфты маховика в высокоскоростном поле, что может реализовать программируемое управление скоростью и ходом, что чрезвычайно полезно для сложной микроформовки.
1,2 Система кормления и наведения
При штамповке на высокой скорости точность подачи напрямую определяет позиционирование штамповки. Роликовый питатель с пневматическим зажимом постепенно заменяется подачей кулачка с сервоприводом, а погрешность подачи можно контролировать в пределах ±0.02мм. Более продвинутая конфигурация - оптическая система выравнивания: ПЗС с высоким разрешением устанавливается на входе в форму, край материала ленты или предварительно изготовленное направляющее отверстие обнаруживается в режиме реального времени, а подающий сервомотор регулируется через замкнутый контур.
1,3 Динамика штампа и контроль вибрации
На сверхвысокой скорости пуансоны и вогнутые штампы матрицы будут производить небольшую упругую деформацию и вибрацию. Структура основания пресс-формы и метод крепления должны быть оптимизированы с помощью модального анализа, чтобы избежать резонанса. Пластина для крепления пуансонов должна быть изготовлена из легированной стали высокой жесткости и легкой конструкции. Кроме того, вместо металлической пружины в качестве источника силы разгрузки используется газовая пружина азота, поскольку ее динамическая сила более стабильна.
Во-вторых, философия дизайна твердосплавных прогрессивных штампов
2,1 Структура пресс-формы и расположение ступеней
Количество шагов прецизионного прогрессивного штампа часто составляет от 20 до 40, а порядок расположения следующий: пробивка положительного отверстия, грубая пробивка внутреннего отверстия, точная пробивка формы, изгиб и формовка разделения. Для мелких деталей на последнем этапе требуется полное разделение, чтобы ни одна маленькая деталь не застряла в форме. Установка пустых ступеней (пустых станций) имеет решающее значение в высокоскоростных формах, оставляя место для будущих изменений формы или дополнительных датчиков.
2,2 Пробивка зазора и контроль заусенцев
Зазор пробивки (односторонний зазор между пуансоном и матрицей) влияет на высоту заусенцев и качество секции. Для тонких материалов толщиной от 0,1 до 0,5 мм зазор прецизионной штамповки обычно составляет от 3% до 6% от толщины материала. Однако, когда толщина материала составляет менее 0,2 мм, относительное колебание зазора, вызванное эксцентриситетом обработки и сборки края матрицы, значительно увеличится, и для формирования матричной вставки в один выстрел необходимо использовать микропроволочный ЭДМ.
Отраслевой стандарт для высоты заусенцев: соединители требуют менее 10% толщины материала и не более 0,02 мм. Стратегия адаптации: тонкая формовочная структура - нажимная пластина с V-образным кольцом, но ограниченная размером и стоимостью штампа, применяется только локально на ключевых станциях.
2,3 Охлаждение пунша и анти-прилипание
Высокоскоростная непрерывная штамповка будет генерировать тепло трения, в результате чего температура перфорации повысится, а материал легко прилипнет. Решение: интегрируйте тонкий охлаждающий бегун внутри формы или используйте комбинацию твердого сплава + покрытия и увеличьте количество впрыска топлива для принудительного охлаждения.
В-третьих, коллекция технологии микроформования в пресс-форме
3,1 Выстукивание в пресс-форме и клепка в пресс-форме
Традиционная постукивающая машина требуется для обработки резьбы по одной после штамповки, что имеет низкую эффективность и увеличивает текучесть кадров. постукивание в пресс-форме обусловлено движением ползунка пунша для поворота крана через постукивающую головку, установленную на нижней пресс-форме формы, и постукивание выполняется на полосе. Точность может достигать 6H, а скорость синхронизируется с штамповкой.
Клепка в пресс-форме относится к сборке штампованных деталей и гаек, шпилек или других штампованных деталей в той же форме. Клепальные детали отправляются в форму через подающий механизм, а клепка или фланцевая клепка завершаются, когда слайдер опускается.
3,2 Технология автоматического штабелирования и клепки сердечника двигателя
Статор и сердечник ротора двигателя изготовлены из сотен листов из кремниевой стали одинаковой формы, уложенных друг на друга. Традиционный процесс состоит в том, чтобы склеивать или сваривать отдельно после штамповки. В технологии автоматической укладки и клепки используется специальный пуансон прогрессивных штампов для пробивания кольцевых выступов (точек клепки) на каждой детали. Когда следующая деталь уложена, выпуклости вдавливаются в углубления предыдущего слоя, образуя интерференционное соединение. Управление вращением каждой детали под определенным углом устраняет ошибки направления толщины и в то же время улучшает магнитные свойства.
Эта технология требует чрезвычайно высокоточного контроля толщины стека (допуск толщины ±0.002 мм на лист), а также автоматического определения количества слоев в процессе штамповки и автоматического сброса сердечника после достижения заданного количества листов.
3,3 Процесс смешивания травления + штамповки свинцовой рамы
Выводная рама высокой плотности (расстояние между штифтами менее 0,3 мм) традиционно подвергается химическому травлению, но производственный цикл долгий и не способствует охране окружающей среды. Применяется гибридный процесс точной штамповки + частичного травления: во-первых, форма и шероховатый контур штифта штампуются прогрессивной матрицей, а затем мелкие зазоры между штифтами уточняются лазерным или химическим травлением, чтобы край штифта был гладким и свободным от заусенцев.
IV. Распространенные дефекты и диагнозы высокоскоростной штамповки
Тип дефекта Типичная причина Метод диагностики
Аномалия заусенцев увеличивает износ пунша, увеличивается зазор, подача асинхронного стробоскопического наблюдения внутренней части формы, микроскопическое измерение заусенцев
Закупорка небольших отверстий, плавучие отходы, износ матрицы, мониторинг датчика давления вязкости масла, контроль давления выдувания отходов
Железный сердечник штабелирование высота флуктуации кремниевая сталь лист толщина накопление ошибок, нестабильная сила клепки онлайн лазерное измерение толщины, датчик мониторинга точки клепки глубина
метчики в пресс-форме и гнилые метчики, синхронное смещение времени, вибромониторинг высокой твердости материала, отжиг или замена метчиков
Онлайн мониторинг и адаптивное управление
Высокоскоростная штамповка должна обеспечивать качественный мониторинг без простоев. Основные решения включают в себя: систему мониторинга тоннажа (форма волны давления штамповки каждой станции сравнивается со стандартной формой волны, а отклонение превышает пороговый сигнал тревоги), фотоэлектрическое обнаружение гашения штампа (подсчет закрытых лучей света при падении мелких деталей) и стробоскопическое освещение + камера высокого разрешения (съемка неподвижных изображений на высокой скорости для обнаружения заусенцев или отсутствующих материалов).
Современная штамповочная мастерская достигла полного контроля с замкнутым контуром: система автоматически регулирует скорость штамповки или количество смазки в соответствии с тенденцией высоты заусенцев или побуждает к шлифованию пуансона.
Будущие тенденции: микро-штамповка и формы для аддитивного производства
С растущим спросом на носимые устройства и миниатюрную медицинскую аппаратуру границей стало тиснение металлической фольгой толщиной менее 0,05 мм. Для этого требуются микроштампованные штампы (диаметр пуансона до 0,1 мм), изготовленные по технологии micro-EDM или UV-LIGA. В то же время аддитивное производство (3D-печать) используется для изготовления карбидных пресс-форм с конформными каналами охлаждения, эффективно решая проблему тепловыделения микроформ.
вывод
Высокоскоростная точная штамповка - это верхушка технологической пирамиды в области аппаратной штамповки, которая объединяет междисциплинарные знания, такие как механическая динамика, трибология материалов, прецизионное измерение и контроль. Руководствуясь двойным спросом на новые энергетические транспортные средства и электронику 3C, компании, которые могут достигать тысяч ходов в минуту и поддерживать точность на микронном уровне, несомненно, займут основную позицию с высокой добавленной стоимостью в глобальной промышленной цепочке.
BQUQ является профессиональным производителем металлической штамповки, пожалуйста, пришлите нам чертежи, и наша компания процитирует вас в течение 12 часов.
