новости

Насколько тонким может быть металлическая штамповка? Минимальная толщина и пределы допусков

Для промышленной штамповки металла практическая минимальная толщина составляет 0,10 мм (0,004 дюйма) для большинства черных и цветных сплавов, при этом высокоскоростная прецизионная штамповка обеспечивает стабильные результаты вплоть до 0,05 мм (0,002 дюйма) для отдельных материалов, таких как бериллиевая бронза и нержавеющая сталь 301. Допуски при таких толщинах обычно составляют от ±0,01 мм для элементов длиной менее 10 мм и расширяются до ±0,05 мм для более крупных формованных геометрий. В BQUQ наш 20-летний опыт в области обработки с ЧПУ и штамповки металла в Дунгуане показал, что структура зерна материала, зазор матрицы и скорость пресса более критичны, чем исходная толщина, при определении достижимой точности.

Данные по минимальной толщине для конкретных материалов

Различные сплавы демонстрируют разные пределы формуемости из-за их кристаллической структуры и характеристик деформационного упрочнения. Таблица ниже представляет эмпирические данные с нашего производственного участка за последние пять лет, основанные на более чем 2000 комплектах штампов и 40 миллионах штампованных деталей.

Приведенные выше данные предполагают использование прецизионного пресса усилием 25 тонн с твердосплавным инструментом, системы смазки, способной поддерживать температуру масла 40°C, и ширину полосы менее 100 мм. Более тонкие материалы ниже 0,08 мм обычно требуют применения последовательных штампов с направляющими штифтами, расположенными через каждые 20 мм, для контроля точности подачи материала.

Зазор матрицы и его влияние на штамповку тонких материалов

Зазор матрицы является наиболее влиятельным фактором при штамповке тонких металлов. Для толщины материала ниже 0,15 мм обычного зазора от 5% до 8% на сторону недостаточно. В BQUQ мы используем зазор от 3% до 4% на сторону для материалов толщиной менее 0,10 мм. Это снижает высоту заусенца до значения ниже 0,008 мм и предотвращает заваливание кромки, которое становится заметным при толщинах менее 0,12 мм.

Например, штамповка фосфористой бронзы толщиной 0,08 мм требует зазора матрицы от 0,0024 мм до 0,0032 мм на сторону. Стандартная проволочно-вырезная электроэрозионная обработка может достичь этого, но износ инструмента становится значительным после 500 000 ходов. Мы рекомендуем использовать вставки из поликристаллического алмаза (PCD) для партий штамповки, превышающих 1 миллион деталей, при таких зазорах. PCD-инструмент сохраняет геометрию режущей кромки в 5–8 раз дольше, чем твердосплавный, сокращая время простоя на техническое обслуживание примерно на 3 часа на каждые 100 000 ходов.

Контроль температуры во время штамповки также влияет на допуски. При толщине 0,05 мм тепло трения может повысить температуру матрицы с 25°C до 80°C в течение 30 минут непрерывной работы. Это тепловое расширение увеличивает отверстие матрицы на 0,003 мм, что полностью устраняет расчетный зазор. На нашей производственной линии используется масляная смазка в виде тумана с расходом 0,5 л/мин для стабилизации температуры матрицы ниже 45°C, что обеспечивает стабильные размеры деталей в течение 8-часовой смены.

Допуски для тонкостенных элементов

При штамповке тонких материалов точность допусков зависит от типа элемента. Допуски на плоскую вырубку жестче, чем на формованные или гнутые элементы, поскольку на последние влияет пружинение. Для нержавеющей стали 301 толщиной 0,10 мм плоская заготовка диаметром 10 мм выдерживает ±0,008 мм, в то время как гибка под углом 90 градусов с внутренним радиусом 0,20 мм выдерживает ±0,5 градуса. Этот угловой допуск преобразуется в линейное отклонение ±0,017 мм при длине полки гиба 2 мм.

Пробивка отверстий в тонком материале представляет собой уникальную задачу. Диаметр отверстия, равный 1,5 толщины материала, является отраслевым минимумом для стандартной штамповки. При соотношении ниже этого значения пуансон имеет тенденцию к разрушению, а не к срезу, что приводит к образованию шероховатой кромки и чрезмерному износу пуансона. При толщине 0,10 мм минимальное пробиваемое отверстие составляет 0,15 мм в диаметре. BQUQ может достичь отверстий 0,12 мм, используя специальный пуансон с радиальным зазором 0,008 мм и прижимную плиту твердостью 62 HRC. Однако стойкость инструмента снижается до 80 000 ходов по сравнению с 300 000 ходов для отверстий 0,15 мм.

Для сложных геометрий с несколькими гибами накопление суммарного допуска становится значительным. Если деталь имеет четыре позиции гибки, каждая с допуском ±0,5 градуса, общее угловое отклонение составляет ±2 градуса. Это может привести к отклонению детали толщиной 0,10 мм от номинала на величину до 0,14 мм на расстоянии 4 мм от линии гиба. Конструкторы должны указывать критические размеры только относительно основной базы, а не через несколько гибов.

Влияние уменьшенной толщины материала на стоимость

Более тонкие материалы стоят дороже за килограмм из-за более жестких допусков прокатки и более сложной обработки поверхности. Однако общая стоимость детали может снизиться, поскольку расход материала уменьшается. Сравнение для типичной детали экрана разъема с площадью 20 мм на 15 мм показано ниже.

Данные показывают, что стоимость материала на деталь снижается на 47% при переходе с толщины 0,20 мм на 0,05 мм. Однако стоимость штамповки за 1000 деталей увеличивается на 111% из-за более низких скоростей пресса и более частого технического обслуживания инструмента. Точка безубыточности для толщины 0,05 мм по сравнению с 0,10 мм составляет приблизительно 180 000 деталей. При объеме ниже этого значения более высокие затраты на оснастку и штамповку перевешивают экономию материала.

Кроме того, более тонкие материалы требуют более жестких допусков на рулон. Рулон толщиной 0,10 мм должен иметь отклонение толщины ниже 0,003 мм по ширине и длине. Это требует прецизионной прокатки с минимальным объемом заказа 2 тонны на специализированных заводах, что добавляет 3 недели к сроку поставки по сравнению со стандартным материалом 0,20 мм с допуском 0,010 мм.

Практические рекомендации для инженеров

Для пружин контактов аккумуляторов и ЭМ-экранов, требующих минимальной толщины, указывайте бериллиевую бронзу C17200 толщиной 0,08 мм с минимальным радиусом гиба 0,15 мм. Этот материал обеспечивает усталостную долговечность 10 миллионов циклов при 70% предела текучести, что значительно превосходит нержавеющую сталь при той же толщине. Стоимость материала выше — 18 долл. США за кг, но повышение надежности оправдывает это для медицинских и аэрокосмических применений.

Для высокообъемной бытовой электроники используйте нержавеющую сталь 301 полного нагартования толщиной 0,10 мм. Этот материал достигает предела прочности 1450 МПа, что обеспечивает конструктивную жесткость при минимальной толщине. Проектируйте детали с минимальной шириной элемента 0,50 мм и диаметром отверстия 0,20 мм для поддержания стойкости инструмента выше 200 000 ходов. Не указывайте допуски жестче ±0,015 мм для элементов менее 5 мм, так как это требует дополнительных вторичных операций, таких как чеканка, что добавляет 0,01 долл. США на деталь и 2 дня к сроку поставки.

Для проверки прототипов из тонких материалов запросите пробную штамповку с мягкой оснасткой на партию 5000 деталей. BQUQ использует 3D-печатные вставки матриц на этом этапе, что снижает стоимость оснастки на 40% по сравнению с твердосплавными последовательными штампами. Это позволяет проверить формуемость и пружинение до запуска производственной оснастки. Пробная партия обычно занимает 5 рабочих дней, включая поиск материала и наладку штампа.

Советы в формате FAQ по штамповке тонких металлов

Какой самый тонкий металл можно штамповать? Лабораторная штамповка продемонстрировала возможность штамповки вольфрамовой фольги толщиной 0,02 мм (0,0008 дюйма), но это требует штампа класса AAA с зазором 0,001 мм и высокоточного пресса усилием 5 тонн. Производственные партии более 10 000 деталей при такой толщине экономически нецелесообразны из-за износа штампа и стоимости материала, превышающей 40 долл. США за кг. Для практического производства оставайтесь выше 0,05 мм.

Как толщина материала влияет на минимальный радиус гиба? Общее правило — минимальный радиус гиба, равный 1 толщине материала для отожженных материалов и 2–3 толщинам для полностью нагартованных. При толщине 0,10 мм сталь 301 полного нагартования требует радиуса 0,25 мм, в то время как отожженная сталь 304 может использовать радиус 0,10 мм. Гибка более тонкого материала ниже этих значений вызывает растрескивание на внешней поверхности и снижает усталостную прочность до 40%.

Можно ли улучшить допуски после штамповки тонких деталей? Да, но только с помощью чеканки, которая представляет собой вторичную операцию прессования, сжимающую материал для исправления размерных ошибок. Чеканка может улучшить плоскостность с ±0,05 мм до ±0,01 мм на детали толщиной 0,10 мм. Стоимость составляет приблизительно 0,008 долл. США на деталь для площади 20 мм на 20 мм, и это увеличивает срок поставки на 3 дня. Этот процесс лучше всего работает с медными сплавами и латунью, но не с нагартованной нержавеющей сталью.

Заключение и техническое резюме

Штамповка тонких металлов практически начинается с 0,10 мм для большинства производственных деталей, при этом 0,05 мм достижимо для отдельных сплавов и при использовании высококачественной оснастки. Допуски при таких толщинах варьируются от ±0,010 мм для плоских элементов до ±0,050 мм для сложных формованных форм. Решение об использовании более тонкого материала должно уравновешивать экономию на материале с увеличением затрат на штамповку и инвестиций в оснастку. Для достижения оптимальных результатов обращайтесь к производителю с подтвержденными возможностями тонкой штамповки, поскольку зазор матрицы и контроль температуры требуют специализированного оборудования и опыта операторов.

В BQUQ мы отштамповали более 15 миллионов деталей толщиной ниже 0,15 мм с 2015 года. Наши прецизионные прессы, оснащенные лазерным мониторингом температуры матрицы и контролем толщины в реальном времени, стабильно выдерживают допуски в пределах указанных данных. Мы предлагаем 12-часовой сервис по расчету стоимости для всех запросов на штамповку тонких материалов. Отправляйте ваши 2D- или 3D-чертежи на sc@bquq.com или свяжитесь с нами через WhatsApp по номеру +86 13713157787. Посетите www.bquq.com, чтобы ознакомиться с нашими примерами применения бериллиевой бронзы толщиной 0,05 мм для контактов и экранов из нержавеющей стали толщиной 0,08 мм для автомобильных датчиков.

Похожие Статьи

• Руководство по финишной обработке металлических деталей после штамповки | Полное
• Штамповка цифрового заводского и имитационного дизайна: от виртуального прототипа до цифрового двойника
• Высокоскоростная прецизионная штамповка и технология микроформования: от электронных соединений до сердечников микродвигателей