новости

Какие материалы можно штамповать из металла? Полный список штампуемых сплавов

Металлическая штамповка может обрабатывать более 40 различных семейств сплавов, но практический перечень штампуемых материалов определяется тремя механическими свойствами: относительным удлинением (обычно 10–45%), пределом прочности при растяжении (до 1200 МПа для высокопрочных сталей) и твердостью (60–95 по шкале Роквелла B для формовочных марок). Наиболее часто штампуемыми материалами на BQUQ являются низкоуглеродистые стали (DC01, SPCC, 1008–1010), нержавеющие стали (304, 316, 430), алюминий (5052, 6061, 1100), латунь (C26000, C26800) и медь (C11000), с диапазоном толщин от 0,05 мм до 6,0 мм. Для прецизионных применений бериллиевая бронза и фосфористая бронза также ежедневно штампуются на нашем предприятии в Дунгуане для изготовления компонентов разъемов и пружин.

Какие основные марки стали подходят для штамповки металла?

Низкоуглеродистая сталь является рабочей лошадкой штамповки металла, составляя примерно 60% всех штампованных деталей в мире. Наиболее штампуемыми марками являются DC01 (EN 10130), SPCC (JIS G3141) и AISI 1008/1010, которые обеспечивают относительное удлинение 28–38% и предел текучести 140–280 МПа. Эти материалы идеально подходят для глубокой вытяжки, гибки и вырубки, поскольку их низкое содержание углерода (0,05–0,10%) предотвращает наклеп во время многоступенчатых операций на последовательных штампах.

Для конструкционных применений, требующих более высокой прочности, можно штамповать высокопрочные низколегированные стали (HSLA), такие как S355MC или AISI 50XF, но они требуют более тяжелого прессового оборудования и более прочной оснастки. Нержавеющие стали марок 304 и 316 поддаются штамповке, но демонстрируют на 20–30% меньшую формуемость, чем низкоуглеродистая сталь, с относительным удлинением около 40–50% в отожженном состоянии. Марка 430 (ферритная) штампуется легче, чем аустенитные марки, благодаря меньшему наклепу, что делает ее экономически эффективным выбором для кухонной утвари и панелей бытовой техники. Для пружинных применений нержавеющая сталь 301 в полностью нагартованном состоянии (предел текучести 965 МПа) поддается штамповке, но требует твердосплавной оснастки и тщательной компенсации пружинения.

Как выбор алюминиевого сплава влияет на характеристики штамповки?

Алюминиевые сплавы поддаются штамповке, но требуют иных технологических параметров, чем сталь, из-за их меньшей плотности (2,7 г/см³) и более высокой теплопроводности. Наиболее штампуемыми алюминиевыми сплавами являются 5052-H32, 6061-T6 и 1100-O. Сплав 5052 обеспечивает относительное удлинение 12–18% и является предпочтительным выбором для глубоковытяжных корпусов и автомобильных теплозащитных экранов, поскольку он устойчив к коррозионному растрескиванию под напряжением. Сплав 1100-O является самым мягким (твердость 23 HB) и наиболее формуемым, достигая относительного удлинения до 35%, но ему не хватает прочности для конструкционных деталей.

Критическим ограничением алюминия является его склонность к налипанию и адгезии к поверхностям инструментальной стали, поэтому мы рекомендуем инструментальную сталь D2 или A2 с покрытием из нитрида титана (TiN) для штампов. Для 6061-T6 штамповку следует выполнять в состоянии T4 (закалка с растворением) с последующим искусственным старением до T6 после формовки, поскольку состояние T6 имеет лишь 10% относительного удлинения и будет растрескиваться при малых радиусах гиба. Толщина алюминия для штамповки обычно составляет от 0,3 мм до 4,0 мм, с допусками плюс/минус 0,05 мм для вырубных размеров и плюс/минус 0,1 мм для формовочных элементов. По нашему опыту, штампованные детали из алюминия 5052-H32 достигают размерной повторяемости 0,02 мм при партии в 100 000 деталей.

Какие медные и латунные сплавы лучше всего подходят для электрических контактов и разъемов?

Медь и ее сплавы широко штампуются для электрических применений благодаря их проводимости и коррозионной стойкости. C11000 (электролитическая медь) имеет проводимость 101% IACS и используется для шин и разъемов тяжелого сечения, но она мягкая (твердость 40–60 HB) и требует осторожного обращения во избежание царапин. Для пружинных контактов бериллиевая бронза C17200 (твердость 36–44 HRC, проводимость 22% IACS) является премиальным выбором с усталостной долговечностью, превышающей 10 миллионов циклов, хотя она стоит в 8–12 раз дороже латуни.

Латунные сплавы C26000 (патронная латунь, 70% меди, 30% цинка) и C26800 (желтая латунь) являются наиболее штампуемыми медными сплавами с относительным удлинением 45–50% в отожженном состоянии и отличными характеристиками глубокой вытяжки. Эти материалы используются для клемм, предохранительных зажимов и компонентов экранирования радиочастот. Фосфористая бронза C51000 (5% олова) обеспечивает хороший баланс прочности (предел текучести 310–450 МПа) и проводимости (15% IACS), что делает ее стандартом для релейных пружин и контактов переключателей. Для высокотемпературных применений медно-никелевые сплавы, такие как C70600 (90/10 мельхиор), могут штамповаться, но требуют отжига между последовательными операциями из-за быстрого наклепа.

Какие экзотические и высокопроизводительные сплавы можно штамповать?

Помимо стандартных материалов, BQUQ штампует несколько высокопроизводительных сплавов для клиентов в автомобильной и аэрокосмической отраслях. Титан марок 2 и 5 (Ti-6Al-4V) поддается штамповке толщиной до 2,0 мм, но требует горячей штамповки при 600–800°C для сложных форм, поскольку относительное удлинение при комнатной температуре составляет лишь 14% для марки 2. Инконель 625 и 718 можно штамповать в холодном состоянии только в тонких сечениях (0,1–0,5 мм) с ограниченной деформацией; более глубокая вытяжка требует горячей формовки при 980°C. Эти никелевые суперсплавы стоят 20–40 долларов США за килограмм, поэтому коэффициент использования материала имеет решающее значение.

Другие штампуемые экзотические материалы включают молибден (для полупроводниковых теплоотводов), тантал (для химической промышленности) и сплав 42 (никель-железо), используемый для стекло-металлических спаев в электронных корпусах. Ковар (ASTM F15) с коэффициентом теплового расширения 5,3 x 10⁻⁶/°C штампуется для герметичных корпусов разъемов. Нитинол (никель-титановый сплав с эффектом памяти формы) может штамповаться для медицинских стентов и приводов, но требует лазерной резки для окончательной геометрии из-за его экстремального пружинения. Для каждого экзотического материала мы проводим моделирование с учетом конкретного материала (AutoForm или PAM-STAMP) для прогнозирования пружинения и компенсации штампа до изготовления оснастки.

Как толщина и твердость материала влияют на конструкцию штампа и допуски?

Толщина материала напрямую определяет зазор штампа, который должен составлять 5–8% толщины материала на сторону для сталей, 3–5% для алюминия и 8–10% для латуни. Для листа стали толщиной 1,0 мм зазор штампа составляет 0,05–0,08 мм на сторону; неправильный зазор вызывает заусенцы более 10% толщины. Твердость влияет на тоннаж: штамповка нержавеющей стали 304 толщиной 1,0 мм (твердость 200 HB) требует примерно в 1,5 раза большего усилия пресса, чем сталь DC01 толщиной 1,0 мм (твердость 95 HB). Наши механические прессы усилием 250 тонн обрабатывают большинство материалов толщиной до 6,0 мм, в то время как гидравлические прессы усилием 400 тонн предназначены для толстой высокопрочной стали и операций горячей штамповки.

Допуски варьируются в зависимости от материала: штампованные стальные детали достигают плюс/минус 0,05 мм для вырубки и плюс/минус 0,2 мм для формовочных размеров, в то время как алюминий достигает плюс/минус 0,03 мм для вырубки благодаря меньшему пружинению. Медные сплавы с высоким относительным удлинением (латунь) выдерживают более жесткие допуски, плюс/минус 0,02 мм, благодаря предсказуемому течению металла. Для критических размеров мы применяем статистическое управление процессами (SPC) со значениями Cpk выше 1,33, что означает менее 64 деталей на миллион вне спецификации.

Когда следует выбирать последовательный штамп вместо глубокой вытяжки для данного материала?

Штамповка на последовательном штампе оптимальна для плоских деталей или деталей с умеренной формовкой, таких как кронштейны, клеммы и ребра радиаторов, для любого материала с относительным удлинением выше 15%. Скорость производства составляет от 50 до 800 ходов в минуту, а стоимость оснастки для последовательных штампов обычно составляет от 8 000 до 50 000 долларов США в зависимости от количества позиций и твердости материала. Глубокая вытяжка требуется, когда глубина детали превышает 1,5 диаметра или ширины, например, корпуса батарей, чашки и кожухи. Коэффициенты вытяжки (отношение диаметра заготовки к диаметру пуансона) не должны превышать 1,8 для стали, 1,6 для алюминия и 2,0 для латуни за одну операцию.

Для глубокой вытяжки алюминия 5052 мы используем радиус вытяжки в 4–6 раз больше толщины материала и применяем усилие прижима заготовки 15–20% от усилия вытяжки для предотвращения гофрообразования. Для глубокой вытяжки нержавеющей стали 304 предел коэффициента вытяжки снижается до 1,5, и мы используем пресс двойного действия с усилием буфера 30–40 тонн. Стоимость материала влияет на это решение: если материал дорогой (титан, инконель), мы рекомендуем глубокую вытяжку для минимизации отходов, поскольку последовательные штампы могут терять 30–40% материала в перемычке.

Сколько стоит оснастка для различных типов материалов?

Стоимость оснастки значительно варьируется в зависимости от твердости материала и требуемой точности. Для низкоуглеродистой стали базовый последовательный штамп с 5 позициями стоит 8 000–15 000 долларов США и выдерживает 1–5 миллионов ходов до перешлифовки. Для нержавеющей стали стоимость оснастки на 20–40% выше из-за необходимости твердосплавных вставок или порошковой инструментальной стали (например, V4E, ASP23) для сопротивления адгезионному износу. Оснастка для алюминия самая дешевая — 6 000–12 000 долларов США, поскольку стали D2 достаточно, но абразивная природа алюминия означает, что стойкость штампа на 30% короче, чем для стали.

Приведенная ниже таблица обобщает типичную стоимость оснастки и стойкость штампа для распространенных штампуемых материалов на BQUQ:

Какие финишные и вторичные операции совместимы со штампованными материалами?

Все штампованные металлы могут подвергаться вторичным операциям, но существуют ограничения, зависящие от материала. Стальные детали можно цинковать (стоимость 0,05–0,15 доллара США за килограмм), наносить порошковое покрытие (0,10–0,30 доллара США за квадратный метр) или пассивировать; не используйте кислотное травление для нержавеющей стали 400-й серии, поскольку это вызывает водородное охрупчивание. Штампованные алюминиевые детали требуют хроматного конверсионного покрытия (MIL-DTL-5541) или анодирования (тип II, 5–25 мкм) для повышения коррозионной стойкости; учтите, что анодирование добавляет 0,02–0,05 мм к размерам, поэтому соответствующим образом корректируйте оснастку.

Медные и латунные детали следует подвергать химической полировке или никелированию для предотвращения потускнения; избегайте гальванического покрытия бериллиевой бронзы при температуре выше 150°C, поскольку это вызывает перестаривание материала. Для титана и инконеля используйте дробеструйную обработку стеклянными шариками или пассивацию (азотной кислотой), но избегайте хлорсодержащих очистителей. Термическая обработка после штамповки распространена для нержавеющей стали 301 (дрессировка) и бериллиевой бронзы (дисперсионное твердение при 315°C в течение 2 часов) для достижения полной прочности. На BQUQ мы рекомендуем лазерную маркировку (волоконный лазер, 20 Вт) для прослеживаемости на всех материалах, кроме полированной меди, которая отражает луч и требует химического травления.

Часто задаваемые вопросы

Какова максимальная толщина для штамповки металла?

Максимальная толщина для обычной холодной штамповки составляет 6,0 мм для низкоуглеродистой стали, 4,0 мм для алюминия и 2,0 мм для нержавеющей стали и титана. При толщине выше этих значений горячая штамповка или альтернативные процессы, такие как формовка листа, более экономичны. На BQUQ наш пресс усилием 400 тонн может обрабатывать сталь толщиной 6,0 мм, но мы предупреждаем клиентов, что стойкость штампа снижается на 50% при превышении 4,0 мм.

Можно ли штамповать магниевые сплавы?

Магний AZ31B можно штамповать только при повышенных температурах 250–350°C, поскольку он имеет гексагональную кристаллическую структуру с относительным удлинением менее 15% при комнатной температуре. Горячая штамповка магния требует нагретых штампов и низкой скорости пресса 10–20 ходов в минуту. Мы не рекомендуем холодную штамповку магния из-за риска растрескивания.

Каков минимальный радиус гиба для штампуемых материалов?

Минимальный радиус гиба обычно составляет 0,5–1,0 толщины материала для низкоуглеродистой стали, 1,0–1,5 для алюминия 5052 и 2,0 для нержавеющей стали 304. Для высокопрочных сплавов, таких как инконель, минимальный радиус гиба составляет 3–4 толщины материала. Гибка ниже этих значений вызывает растрескивание наружных волокон.

Какой материал самый дешевый для высокообъемной штамповки?

Низкоуглеродистая сталь (DC01 или SPCC) является самой дешевой — 0,60–0,80 доллара США за килограмм, что делает ее стандартным выбором для высокообъемных деталей. Алюминий 5052 стоит 2,5–3,5 доллара США за килограмм, а нержавеющая сталь 304 — 2,8–4,0 доллара США за килограмм. Для объемов свыше 100 000 деталей выбирайте сталь, если только не требуются проводимость или коррозионная стойкость.

Можно ли изготавливать штампованные детали из предварительно покрытых или плакированных материалов?

Да, предварительно покрытые материалы, такие как гальванизированная сталь, луженая сталь и алюминий с рулонным покрытием, можно штамповать без повреждения покрытия, если зазор штампа увеличен на 10–15%. Однако покрытия снижают формуемость на 5–10%, поэтому глубокая вытяжка может привести к растрескиванию покрытия. Для электрических контактов мы рекомендуем штамповать голую медь с последующим селективным покрытием, чтобы избежать износа покрытия в штампе.

Как контролировать пружинение в штампованных высокопрочных сплавах?

Компенсация пружинения требует перегиба на 2–8 градусов для стали, 10–15 градусов для алюминия и 15–25 градусов для титана и нержавеющей стали. Мы используем конечно-элементный анализ для прогнозирования пружинения и затем итеративно модифицируем геометрию штампа. Для нержавеющей стали 301 в полностью нагартован

Похожие Статьи

• Руководство по финишной обработке металлических деталей после штамповки | Полное
• Интеллектуальный онлайн-контроль и контроль качества с замкнутым контуром: создание производственной линии с нулевым дефектом для штампованных деталей
• Высокоскоростная прецизионная штамповка и технология микроформования: от электронных соединений до сердечников микродвигателей