Progettazione progressiva dello stampo: processo, layout della striscia, tolleranze e costi di attrezzaggio

Un ingegnere invia la stampa di una parte per una staffa in acciaio inossidabile che verrà posizionata vicino a un turbocompressore in una nuova piattaforma di veicolo. Il volume previsto è di 400.000 pezzi all'anno e un foro di montaggio deve avere una tolleranza di /-0,05 mm. Nel giro di pochi giorni, il fornitore di attrezzature risponde con un layout di striscia che mostra come il materiale in bobina verrà forato, rifilato, formato e tagliato nella staffa finita a circa 250 colpi al minuto. Questa risposta è il punto in cui la progettazione di stampi progressivi guadagna terreno o inizia a creare problemi.

Il design progressivo dello stampo è la disposizione di più operazioni di stampaggio su un singolo set di stampi in modo che ogni corsa della pressa fornisca una parte completa. Merita molta attenzione perché la disposizione dello stampo determina la qualità di ogni parte prodotta durante la vita dell'utensile, il costo dell'utensile stesso e il tempo di consegna tra l'ordine e la produzione.

Cosa include un design di stampo progressivo

Una filiera progressiva lavora su una striscia continua di metallo. Il nastro avanza di una distanza fissa, chiamata passo o lunghezza di avanzamento, ad ogni colpo della pressa. In ciascuna stazione viene eseguita un'operazione: viene perforato un foro pilota, viene tagliato un contorno, piegata una flangia, disegnata una tazza o goffrata una caratteristica. Nella stazione finale, il pezzo finito viene separato dal nastro trasportatore che lo ha portato attraverso lo stampo.

Gli elementi principali di una progettazione di stampi progressivi sono:

• Fori pilota e piloti che mantengono la striscia allineata ad ogni stazione.
• Una sequenza di stazioni che copre perforazione, rifilatura, formatura, disegno, goffratura e taglio.
• Una striscia portante e una rete che trattengono la parte tra le stazioni.
• Estrattori, guide, molle e matrici che controllano il flusso del materiale e l'espulsione delle parti.

La sequenza e il design del vettore non sono dettagli. Costituiscono la spina dorsale dell'intero processo, perché ogni stazione a valle dipende dal fatto che il materiale arrivi nella giusta posizione e nella giusta forma.

Come viene sviluppato un dado progressivo

La progettazione progressiva dello stampo segue un flusso di lavoro ripetibile. Saltare qualsiasi passaggio di solito si manifesta in seguito come un problema sulla macchina da stampa.

1. Esamina la stampa della parte e il modello 3D. Controllare le tolleranze, la qualità del materiale, la direzione della grana, il lato della bava, la qualità del bordo e i requisiti di finitura superficiale.
2. Costruisci il layout della striscia. Decidi la larghezza della pista e il passo, disponi le operazioni in ordine logico e posiziona i piloti dove rimarranno fino all'ultima stazione.
3. Progettare le singole stazioni. Seleziona i materiali del punzone e della matrice, gli spazi di taglio, gli angoli di piega e i raggi di disegno per ciascuna operazione.
4. Modella e simula la sequenza di formatura. Prevedi il ritorno elastico, l'assottigliamento e il flusso del materiale e regola il progetto prima di tagliare qualsiasi acciaio per utensili.
5. Produrre, assemblare e provare lo stampo. Esegui strisce campione, misura le parti e regola con precisione le altezze e le distanze delle stazioni finché le parti non soddisfano le specifiche.

Il layout della striscia è il passaggio più importante. Un layout scadente con un supporto instabile o un pilotaggio debole non può essere riparato con una migliore lavorazione; fallisce sulla macchina da stampa, a volte solo dopo che sono state realizzate migliaia di parti. Per questo motivo, i progettisti esperti di stampi dedicano più tempo alla disposizione delle strisce che a qualsiasi altra fase.

Decisioni di progettazione che determinano la qualità e i costi delle parti

Selezione dei materiali

Il comportamento del materiale è il punto di partenza di ogni progettazione di stampi progressivi. I gradi più duri come l'acciaio inossidabile 304, 316 e 410 si induriscono durante la formatura, quindi lo stampo deve lasciare spazio sufficiente e talvolta includere fasi di distensione. L'alluminio e le sue leghe si formano facilmente ma tendono a deteriorarsi sulle superfici degli utensili, quindi la lubrificazione, l'acciaio per utensili lucidato e i giochi controllati sono essenziali. Le leghe di rame offrono eccellente conduttività e duttilità, ma richiedono utensili affilati per mantenere le bave lontane dalle aree di contatto elettrico. L'acciaio zincato o zincato può perdere il rivestimento in corrispondenza dei bordi tagliati, quindi il progettista deve controllare la distanza e la geometria del bordo per proteggere lo strato.

An flangia in acciaio per autoveicoli è un buon esempio di una parte che sembra semplice ma dipende fortemente dalla progressione. La geometria della flangia, la disposizione dei fori e i requisiti di planarità di solito costringono il progettista a combinare stazioni di perforazione, rifilatura e formatura e lo stampo deve mantenere stabilità dimensionale su lunghi cicli di produzione.

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Layout della striscia e sequenziamento delle stazioni

Il passo tra le stazioni definisce la lunghezza di avanzamento e, di conseguenza, il numero di pezzi prodotti per corsa. Un passo più corto aumenta la produzione ma potrebbe lasciare spazio insufficiente per gli utensili di formatura profonda. La striscia portante deve rimanere sufficientemente resistente da spostare la parte attraverso ogni stazione, ma allo stesso tempo sufficientemente stretta da mantenere elevato l'utilizzo del materiale. Il pilotaggio è sicuro solo se i fori pilota sopravvivono fino alla stazione finale, quindi il tracciato non deve tagliarli via troppo presto. Questi compromessi sono il motivo per cui le revisioni del layout delle strisce sono importanti prima che inizino gli strumenti.

Tolleranze e caratteristiche critiche

Il design moderno degli stampi progressivi mantiene normalmente le posizioni dei fori a /-0,05 mm e la planarità entro 0,1 mm per parti di piccole e medie dimensioni, ma i valori ottenibili dipendono dallo spessore del materiale, dalla larghezza della striscia, dalle dimensioni della parte e dal numero di stazioni. Nelle applicazioni con motori ad alta temperatura, a guarnizione di tenuta turbo in acciaio inox richiede massima planarità e bordi privi di bave perché qualsiasi imperfezione può compromettere la tenuta. Un progettista di stampi che comprende la funzione di ciascuna caratteristica sa quali tolleranze sono critiche e quali sono secondarie e tale conoscenza influisce direttamente sul costo degli utensili.

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Costo degli utensili e tempi di consegna: cosa dovrebbero aspettarsi gli acquirenti

Uno stampo progressivo è raramente il modo più economico per costruire un prototipo e non è la risposta giusta per ogni parte. Lo strumento stesso può costare qualche migliaio di dollari per un semplice progetto a due stazioni o ben oltre sei cifre per uno stampo complesso con molte operazioni di formatura. Gli aspetti economici di solito favoriscono uno stampo progressivo quando il volume annuale è sufficientemente elevato da consentire al basso costo per pezzo di compensare l'investimento in attrezzature.

Nei tempi previsti, la progettazione e la costruzione di un tipico stampo progressivo per uno stampaggio di piccole dimensioni richiede dalle quattro alle dieci settimane. Geometria complessa, materiali duri e tolleranze strette estendono tale finestra perché la prova e il campionamento richiedono più tempo. Pianificare almeno un ciclo di approvazioni dei campioni e verificare chi sostiene il costo delle modifiche causate dagli aggiornamenti di progettazione da parte del cliente.

I principali fattori di costo nella progettazione di stampi progressivi includono:

• Numero di stazioni e complessità complessiva della parte.
• Tolleranze richieste e finitura superficiale.
• Grado di acciaio per utensili, rivestimenti e trattamento termico.
• Durata prevista dell'utensile e intervalli di manutenzione.
• Prove, ispezioni e documentazione.

Insidie ​​comuni da evitare

Anche i team esperti vedono gli stessi problemi ripetersi nella progettazione degli stampi progressivi. Riconoscere tempestivamente questi problemi riduce il rischio per l’acquirente.

• Ignorare il ritorno elastico, soprattutto nell'acciaio ad alta resistenza e nell'alluminio. La matrice deve essere progettata con angoli compensati fin dall'inizio.
• Creazione di una striscia portante debole che si allunga o si rompe, causando problemi di alimentazione e disallineamento.
• Posizionamento di fori critici troppo vicini alle aree di formazione in cui il movimento del materiale può spostare la loro posizione.
• Eliminando i fori pilota prima che abbiano svolto il loro lavoro, lasciando le stazioni a valle senza un allineamento affidabile.
• La scelta di un acciaio per utensili troppo morbido per i materiali abrasivi comporta un'usura prematura e una qualità delle parti incoerente.
• Separare la progettazione della parte dalla progettazione dello stampo. Quando le due squadre non parlano, la tolleranza e le decisioni materiali diventano costose da cambiare.

La maggior parte di questi problemi condividono una causa principale: lo stampo viene progettato prima che il materiale e il processo siano pienamente compresi. Un fornitore con esperienza nella produzione di una vasta gamma di materiali può segnalare questi problemi durante il preventivo anziché durante la prova.

Scelta di un partner per lo stampaggio di stampi progressivi

Il partner giusto porta più di una pressa e di una fustella. Cerca un fornitore che progetta e costruisce i propri stampi progressivi, ha la capacità di pressare per gestire la produzione internamente e può dimostrare esperienza con metalli ferrosi e non ferrosi. Un sistema di gestione della qualità aggiunge sicurezza che le fasi di attrezzaggio, campionamento e produzione siano documentate. Ancora più importante, il fornitore dovrebbe essere disposto a discutere la disposizione delle strisce, la strategia di tolleranza e la scelta del materiale prima che il preventivo venga bloccato.

Alla Changzhou Dingjia Metal Technology, lo stesso team di ingegneri che progetta lo stampo progressivo supporta anche l'assemblaggio dello stampo e la linea di stampaggio. La nostra capacità di stampaggio raggiunge le 500 tonnellate e la nostra gamma di produzione copre parti in acciaio inossidabile, ferro, acciaio per automobili, alluminio, rame e zinco. Questa struttura fa sì che la conoscenza dei materiali e il feedback sulla produzione confluiscano direttamente in ogni revisione del progetto. Per i nuovi progetti di pali per la ricarica di energia, abbiamo applicato anche approcci con stampi progressivi a componenti come Piastra termica con ventola in alluminio stampato , dove le prestazioni termiche, la planarità e la qualità della superficie sono tutte cose importanti.

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Per prepararti per la parte successiva, consulta il nostro guida pratica ai pezzi stampati di precisione per vedere come interagiscono materiali, attrezzature e fattori di produzione. Se hai già una stampa o un modello 3D, puoi farlo contattare la squadra per discutere il layout della striscia e il piano delle attrezzature prima di impegnarsi in un investimento completo.

La progettazione progressiva degli stampi premia gli ingegneri e gli acquirenti che guardano oltre il preventivo. Il layout della striscia, la sequenza delle stazioni, la selezione dell'acciaio per utensili e la conoscenza dei materiali dietro lo stampo determinano tutti se il pezzo arriva in tempo, mantiene la sua tolleranza e rimane conveniente in termini di volume. Chiedi di vedere il layout, metti in discussione le ipotesi e scegli un partner i cui ingegneri di stampi ti parleranno prima che l'acciaio venga tagliato.