новости

Что такое заусенец при штамповке и как его контролировать для качества кромки?

Штамповочный заусенец — это приподнятая острая кромка или выступ деформированного материала, который образуется на штампованной детали в месте, где пуансон прорезает листовой металл. Его высота обычно составляет от 0,05 мм до 0,5 мм в зависимости от материала и состояния инструмента. Контроль этого заусенца требует сочетания правильного зазора между пуансоном и матрицей (как правило, от 5% до 15% толщины материала на сторону), острого инструмента и корректных параметров пресса. Допустимые пределы часто определяются стандартами конкретного заказчика, например, максимальная высота заусенца не должна превышать 10% толщины материала. В прецизионном производстве контроль заусенца — это не просто вопрос внешнего вида; он напрямую влияет на функциональность детали, точность сборки, безопасность и последующие процессы, такие как гальваническое покрытие или сварка.

Что такое штамповочный заусенец и где он образуется?

Штамповочный заусенец — это пластически деформированная кромка металла, выступающая за линию реза после того, как пуансон проникает в лист и вызывает его разрушение (отрыв). Он образуется в основном на стороне матрицы (нижней стороне) детали в процессе сдвига, противоположной стороне входа пуансона. Заусенец является прямым следствием зоны разрушения на срезанной кромке, которая возникает, когда пуансон проталкивает материал в отверстие матрицы, создавая характерный профиль, состоящий из зон закругления (скругления), среза (приработки), разрушения (скалывания) и заусенца. На высоту заусенца влияют твердость материала, его толщина, предел прочности при растяжении и зазор между пуансоном и матрицей. Например, лист холоднокатаной стали толщиной 2,0 мм, штампованный с зазором 0,10 мм на сторону, обычно дает заусенец высотой от 0,15 мм до 0,25 мм, тогда как тот же материал с зазором 0,20 мм на сторону может уменьшить заусенец до 0,05 мм – 0,10 мм.

Как зазор между пуансоном и матрицей влияет на высоту заусенца и качество кромки?

Зазор между пуансоном и матрицей является наиболее влиятельным параметром в образовании заусенца, поскольку он определяет соотношение зон среза и разрушения. Оптимальный зазор для большинства сталей обычно составляет от 5% до 15% толщины материала на сторону; для более мягких материалов, таких как алюминий, требуется 8% – 12%, а для более твердых, таких как нержавеющая сталь, — 10% – 15%. Когда зазор слишком мал (менее 5%), материал испытывает чрезмерное сжимающее напряжение, что вызывает вторичный сдвиг и образование большого рваного заусенца, который может превышать 0,3 мм. Когда зазор слишком велик (более 15%), материал чрезмерно изгибается перед разрушением, создавая выраженное закругление и тонкий ножевидный заусенец, который трудно удалить. Для латунного листа толщиной 1,5 мм зазор 0,10 мм на сторону дает заусенец высотой 0,08 мм, в то время как уменьшение зазора до 0,05 мм увеличивает заусенец до 0,20 мм. Прецизионные штампы оснащаются регулируемыми вставками для точной настройки зазора в пределах ±0,01 мм, что обеспечивает стабильный контроль заусенца при крупносерийном производстве.

Каковы приемлемые стандарты высоты заусенца в промышленности?

Отраслевые стандарты допустимой высоты заусенца варьируются в зависимости от применения, но большинство производителей точных деталей следуют правилу, согласно которому высота заусенца не должна превышать 10% толщины материала для общей штамповки, с более жесткими пределами для ответственных компонентов. Например, немецкий стандарт DIN 267, часть 3, specifies максимальную высоту заусенца 0,1 мм для деталей толщиной до 2 мм, в то время как японский стандарт JIS B 0408 допускает до 0,15 мм для аналогичных материалов. В автомобильной и аэрокосмической промышленности высота заусенца часто ограничена 0,05 мм или менее, особенно на уплотнительных поверхностях и электрических контактах. В таблице ниже приведены типичные пределы высоты заусенца для распространенных стандартов и применений:

Как точно измерить штамповочный заусенец?

Измерение высоты заусенца требует точных приборов, поскольку заусенцы обычно имеют размер от 0,02 мм до 0,5 мм, что находится на пределе визуального контроля. Наиболее распространенные методы включают использование индикатора часового типа с плоской пяткой, цифрового высотомера с игольчатым щупом, а также оптических компараторов или лазерных профилометров для бесконтактного измерения. Для контроля в производственных условиях простым и эффективным методом является «протяжной тест» с использованием калибра заусенца с калиброванными прорезями: оператор протягивает кромку детали через постепенно уменьшающиеся прорези, пока она не зацепится, что указывает на диапазон высоты заусенца. Для ответственных компонентов профилометр может измерить профиль заусенца с точностью ±0,005 мм, фиксируя как высоту, так и ширину. Измерения следует проводить в нескольких точках вдоль кромки реза — как минимум в трех местах, поскольку высота заусенца может варьироваться на 0,05 мм и более из-за износа штампа и анизотропии материала. В BQUQ мы используем оптический профилометр Zygo для окончательной проверки деталей, требующих контроля заусенца ниже 0,05 мм, с повторяемостью измерений ±0,002 мм.

Какие методы обслуживания инструмента предотвращают образование заусенца?

Износ инструмента является основной причиной роста заусенца со временем, поскольку острая кромка пуансона и матрицы обеспечивает чистый срез, в то время как изношенная кромка создает зону сжатия, которая выдавливает материал в заусенец. Стандартный пуансон из быстрорежущей стали может сохранять кромку без заусенца примерно на 50 000 – 100 000 ходов при штамповке мягкой стали толщиной 1,0 мм, в то время как твердосплавный инструмент продлевает этот срок до 500 000 ходов и более. Профилактическое обслуживание должно включать регулярный осмотр режущих кромок с интервалом 10 000 – 20 000 ходов с использованием лупы или микроскопа для проверки скругления кромки более чем на 0,02 мм. Полировку и переточку штампа следует выполнять, когда высота заусенца превышает 50% допустимого предела, а не когда она достигает уровня отбраковки. Например, если допустимый заусенец составляет 0,10 мм, перешлифуйте инструмент, когда заусенец достигнет 0,05 мм, чтобы сохранить запас прочности. Кроме того, правильная смазка низковязким штамповочным маслом (вязкость 10–20 сСт при 40°C) снижает трение и нагрев, которые ускоряют износ; замена масляных фильтров с интервалом 500 часов может продлить срок службы инструмента на 20% – 30%.

Как выбор материала влияет на размер заусенца и его удаление?

Свойства материала напрямую влияют на образование заусенца: более твердые и пластичные материалы, как правило, дают более крупные и стойкие заусенцы, в то время как хрупкие материалы разрушаются чисто с минимальным заусенцем. Например, нержавеющая сталь 304 с пределом прочности 515 МПа и относительным удлинением 40% дает заусенец на 30% – 50% больше, чем мягкая сталь (A36, предел прочности 400 МПа) той же толщины, из-за ее склонности к деформационному упрочнению. Алюминий 5052 с модулем упругости 70 ГПа, как правило, образует тонкий острый заусенец, который можно удалить щеткой, в то время как медь и латунь дают мягкий загнутый заусенец, требующий срезания или шлифовки. При выборе материалов для деталей со строгими требованиями к качеству кромки рассмотрите возможность использования автоматных сталей, таких как 1215, или алюминия 6061-T6, которые дают более короткую, хрупкую стружку и меньшие заусенцы. В случаях, когда удаление заусенца неизбежно, метод его удаления должен соответствовать материалу: галтовка с керамическими телами хорошо подходит для стали и латуни, в то время как вибрационная обработка с пластиковыми телами предпочтительна для алюминия, чтобы избежать повреждения поверхности. Стоимость удаления заусенца обычно составляет от $0,01 до $0,10 за деталь для простой галтовки и до $0,50 за деталь для ручной или роботизированной зачистки сложных геометрий.

Какие методы удаления заусенца наиболее эффективны для крупносерийного производства?

Для крупносерийного штамповочного производства наиболее эффективными методами удаления заусенца являются механическая галтовка, вибрационная обработка и электрохимическое удаление заусенца (ЭХО), каждый из которых подходит для разных геометрий деталей и характеристик заусенца. Галтовка с абразивными телами (керамическими или стальными) является самым дешевым методом — от $0,005 до $0,02 за деталь — и хорошо подходит для небольших деталей размером менее 50 мм в любом измерении, но она скругляет все кромки, что может быть неприемлемо для деталей с жесткими допусками. Вибрационная обработка немного дороже — от $0,01 до $0,03 за деталь — но обеспечивает более контролируемое скругление кромок и может обрабатывать детали размером до 300 мм. Для заусенцев во внутренних отверстиях или на сложных контурах, недоступных для обрабатывающей среды, электрохимическое удаление заусенца (ЭХО) использует солевой электролит и постоянный ток для точного растворения заусенца, с временем цикла от 5 до 15 секунд на деталь и стоимостью от $0,05 до $0,15 за деталь. Термическое удаление заусенца, при котором заусенец сжигается в камере с pressurized газом при температуре 2500°C – 3000°C, эффективно для удаления всех внутренних и внешних заусенцев за один цикл, но оно требует значительных капитальных затрат и обычно оправдано только для крупносерийных дорогостоящих компонентов. Выбор зависит от высоты заусенца, материала и требований к допускам: для заусенцев ниже 0,05 мм часто достаточно вибрационной обработки; для заусенцев выше 0,15 мм рекомендуется двухэтапный процесс — сначала срезание, затем финишная обработка.

Часто задаваемые вопросы

В чем разница между заусенцем и острой кромкой на штампованной детали?

Заусенец — это приподнятая, неровная кромка деформированного материала, выступающая за линию среза, и являющаяся нежелательным побочным продуктом процесса штамповки. Острая кромка, напротив, — это намеренное, чистое пересечение двух поверхностей с постоянным радиусом, обычно от 0,05 мм до 0,10 мм, которое часто указывается на чертеже. Заусенцы всегда удаляются или минимизируются, в то время как острые кромки могут быть приемлемы или даже необходимы для определенных функций, таких как резка или соскабливание.

Может ли штамповочный заусенец повлиять на усталостную долговечность детали?

Да, заусенец может значительно снизить усталостную долговечность, действуя как концентратор напряжений: острый заусенец может снизить усталостную прочность на 20% – 50% по сравнению с кромкой без заусенца. Коэффициент концентрации напряжений на кончике заусенца может превышать 3, что означает, что локальные напряжения в три раза выше номинальных, ускоряя зарождение трещин. Удаление заусенца и добавление небольшого радиуса кромки 0,1 мм может восстановить усталостную долговечность почти до теоретического значения.

Как часто следует проверять зазор штампа во время производства?

Зазор штампа следует проверять в начале каждой производственной партии, а затем с интервалом от 5 000 до 10 000 ходов, в зависимости от материала и допуска на заусенец. Для крупносерийных партий, превышающих 100 000 деталей, используйте внутрипроцессные калибры заусенца для проверки каждых 1 000 деталей, особенно если толщина материала варьируется более чем на 0,02 мм. Дрейф зазора на 0,02 мм может увеличить высоту заусенца на 50%, поэтому упреждающее измерение необходимо.

Можно ли добиться нулевого заусенца при штамповке металла?

Достижение абсолютного нулевого заусенца физически невозможно при обычной штамповке, поскольку процесс сдвига всегда вызывает некоторую пластическую деформацию в зоне разрушения. Однако с помощью прецизионного инструмента (зазор, оптимизированный до ±0,005 мм), острых кромок, поддерживаемых после каждых 20 000 ходов, и методов чистовой вырубки (fine-blanking) высота заусенца может быть снижена до уровня ниже 0,02 мм, что практически равно нулю для большинства методов контроля. Чистовая вырубка, которая использует прижимное кольцо с V-образным зубом для контроля разрушения, позволяет получать кромки без заусенца за одну операцию, но стоимость инструмента на 30% – 50% выше, чем при обычной штамповке.

Каково влияние добавления операции удаления заусенца на стоимость?

Добавление операции удаления заусенца обычно увеличивает стоимость детали на 5% – 15%, в зависимости от метода и сложности детали. Например, простая шайба диаметром 10 мм, штамповка которой стоит $0,02, может потребовать дополнительных $0,005 на галтовку или $0,01 на вибрационную обработку, что представляет собой увеличение стоимости на 25% – 50%. Для сложных деталей, требующих ручного удаления заусенца, дополнительная стоимость может составлять от $0,10 до $0,50 за деталь, поэтому проектирование с минимальным заусенцем за счет правильного инструмента и зазора более экономично, чем последующая обработка.

Для вашего следующего проекта точной штамповки свяжитесь с BQUQ для получения экспертных решений по контролю заусенца и качеству кромки. Наша инженерная команда предоставляет бесплатный анализ конструкции и услугу цитирования в течение 12 часов по всем запросам на CNC-обработку, штамповку металла, пружины и радиаторы. Напишите нам на sc@bquq.com, свяжитесь с нами в WhatsApp по телефону +86 13713157787 или посетите наш сайт www.bquq.com, чтобы загрузить свои чертежи и получить подробное коммерческое предложение с указанием характеристик заусенца и стандартов качества.

Похожие Статьи

• Точная штамповка металла: допуски, материалы и правила проектирования
• Механизмы отказов при многофизическом сопряжении в процессе штамповки и систематические стратегии предотвращения
• Интеллектуальный онлайн-контроль и контроль качества с замкнутым контуром: создание производственной линии с нулевым дефектом для штампованных деталей