Проектирование для пост-формовочных операций: бурение, резка и отделка в компрессионных формовочных частях

Почему пост-модернизация требует раннего внимания к дизайну

Компрессионное формование производит прочные, сложные детали, но немногие компоненты выходят из формы, идеально готовой к окончательной сборке. Вторичные операции, такие как сверление, резка и отделка, обычно требуются для добавления отверстий, удаления избыточного материала, улучшения качества поверхности и достижения жестких допусков. Когда дизайнеры откладывают рассмотрение этих этапов постформования, они рискуют ввести концентраторы напряжения, нестабильность размеров и дорогостоящую переработку. Интеграция требований после формования в начальную часть и фазу проектирования инструмента не является факультативной - это фундаментальная практика для доставки высококачественных, экономически эффективных деталей сжатия.

Ранние проектные решения влияют на каждый шаг вниз по течению. Толщина стен, углы наклона, геометрия босса, выбор материала и отделка поверхности формы влияют на то, насколько легко и точно можно просверлить, разрезать или закончить деталь. Игнорирование этих факторов может привести к растрескиванию во время бурения, расслоению во время резки или неровным поверхностям после отделки. С другой стороны, конструкция, оптимизированная для вторичных операций, сокращает время цикла, износ инструмента и скорость утилизации, непосредственно улучшая экономику производства.

В этой статье рассматриваются все основные операции пост-формования - бурение, резка и отделка - и предлагаются конкретные стратегии проектирования для обеспечения технологичности, повторяемости и производительности конечной части. Мы также изучим поведение материалов, показатели контроля качества и более широкий контекст проектирования для технологичности (DFM) в формовке сжатия.

Бурение: проектирование отверстий, которые остаются структурно звучащими

Бурение является одной из наиболее распространенных операций после формования, используемой для сборочных отверстий, вентиляционных или крепежных проходов. В формованных компрессионными частями ориентация, плотность и остаточные напряжения материала могут сделать сверление необычно сложным. Отверстие, которое плохо расположено или спроектировано, может вызвать растрескивание, зарыв или внутреннее расслоение.

Толщина стен и клиренс

Каждое сверленное отверстие уменьшает несущее сечение детали. Поддержание адекватной толщины стенки по периметру отверстия является единственным наиболее важным правилом конструкции. Общее руководство заключается в том, чтобы держать расстояние от края отверстия до ближайшего края части, по меньшей мере, равным диаметру отверстия, и предпочтительно от 1,5 до 2 раз диаметр. Для тонкостенных частей (например, менее 2 мм), рассмотреть утолщение местной области или добавление армирующего ребра.

Боссы, пады и подкрепления

Когда отверстия требуются в тонких секциях, интегрировать боссы или поднятые подушки в формованную часть. Эти локализованные толстые секции обеспечивают объем материала, необходимый для поддержки сверления без трещин. Проектируйте босса с диаметром примерно в 2,5-3 раза больше диаметра отверстия и сохраняйте высоту босса умеренной (не более чем в два раза больше его диаметра), чтобы избежать проблем с потоком во время формования. Постепенный переход с щедрым радиусом между боссом и главной стенкой снижает концентрацию напряжения.

Материальный поток и ориентация

Компрессионное формование создает свойства анизотропного материала из-за ориентации волокна в составных частях. Отверстия, пробуренные параллельно первичной ориентации волокна, могут испытывать меньшее измельчение края, чем те, которые пробурены перпендикулярно. Во время проектирования имитируют поток материала (с использованием программного обеспечения CAE) для прогнозирования выравнивания волокна. Отверстия положения в областях, где ориентация однородна и линии потока не нарушаются резкими углами или резкими изменениями толщины.

Сверление скважины Tooling Considerations for Drilling

Конструкция формы так, чтобы места бурения были доступны. Если деталь имеет сложную 3D форму, рассмотрите возможность размещения отверстий в плоских или мягко изогнутых поверхностях, где сверло может приближаться перпендикулярно. Угловатые отверстия требуют специальных джигов и увеличения времени установки. Кроме того, отделка поверхности плесени влияет на сверление: форма с очень гладкой отделкой может производить поверхность детали, которую трудно центрировать без скольжения, поэтому рассмотрите возможность добавления небольших ямочек или плоских прокладок в запланированных местах отверстия.

Рекомендации по процессу бурения

С помощью этих принципов производители могут достичь чистого, точного бурения без ущерба для структурной целостности.

Режущие: стратегии для чистых выступов и эффективной обрезки

Операции резания в прессованных деталях включают обрезку вспышки, резку остатков затвора, создание выемок или слотов и расчленение детали из большего листа. В отличие от литья под давлением, вспышка прессованной формы может быть существенной, особенно в плохо подобранной оснастке. Правильная конструкция минимизирует необходимость резки и делает разрезы, которые требуются быстро и последовательно.

Расположение линии разъединения и управление Flash

Линия разделения плесени определяет, где появляется вспышка. Определите линию разделения, которая будет происходить на некосметических поверхностях или вдоль краев, которые будут впоследствии разрезаны. Избегайте размещения линии разделения по функциональным лицам, которые должны оставаться как формованные. Включите небольшую землю и рельефную канавку в плесени для управления толщиной вспышки; более толстая, но более последовательная вспышка легче обрезать, чем тонкая, рваная.

Дизайн края для упрощенного резки

Если деталь требует режущего края (например, для создания конкретного контура), то конструкция, которая режущая кромка с прямыми сегментами и щедрыми радиусами. Изогнутые разрезы с плотными радиусами требуют более медленной скорости подачи и более сложных приспособлений. Шамферы или скосы могут быть добавлены к форме так, что окончательный разрез удаляет минимальный материал. Например, 45° чамфер на литьевом краю может служить режущим направляющим и уменьшать силу, необходимую для обрезки.

Унифицированная толщина стен и распределение материалов

Изменения толщины стенки вызывают неравномерное сокращение после формования, приводя к остаточному напряжению. При последующем разрезании детали эти напряжения могут искажать край разреза или вызывать деформацию. Поддерживают однородную толщину стенки, где это возможно . Если изменения толщины неизбежны, переход постепенно на расстояние, по меньшей мере, в три раза превышающее разницу толщины. Это уменьшает градиенты напряжения и дает более стабильную часть во время резки.

Методы резки и дизайн примесей

  • Резка сдвига (диерезание) является экономически эффективной для больших объемов, но требует надлежащего клиренса (обычно 5-10% толщины материала).
  • Маршрутизация с ЧПУ или струйная резка обеспечивает гибкость для сложных форм. Обеспечить функции определения местоположения (дыры, слоты или плоскости) в формованной части, чтобы режущий прибор мог точно регистрироваться.
  • Лазерная резка хорошо работает для тонких секций, но может вызвать зоны, подверженные тепловому воздействию, в некоторых соединениях для формования сжатия. Проверить совместимость материала перед связыванием с лазером.
  • Избегайте резания пилой или ручной пилой для твердых, хрупких материалов, потому что это часто производит краевую защелку. Используйте шлифовальное колесо или абразивную отсечную пилу вместо этого.

Ворота и бегун удаляются

Для многополосных или многогранных инструментов остаток затвора должен быть удален на поверхность детали. Конструкция затвора в утопленную область или некритическую поверхность. A слегка вогнутый остаток затвора (глубина 0,2-0,5 мм) позволяет последующую обработку оставлять гладкую отделку, не повреждая окружающую область.

Завершение: достижение эстетического и функционального качества поверхности

Операции отделки улучшают гладкость поверхности, удаляют метки инструмента и готовят деталь к покраске, склеиванию или обшивке. При формовке сжатия поверхность в форме может иметь небольшую пористость, метки потока или вариации блеска. Шаги отделки, такие как шлифовка, буферизация и покрытие, исправляют эти недостатки.

Углы и поверхность плесени заканчиваются

Углы плота имеют решающее значение для выброса , но они также влияют на отделку. Угол наклона 1°-3° (в зависимости от материала и глубины) позволяет детали выпускать без следов сопротивления поверхности. Однако слишком крутой набросок может создавать визуальные несоответствия на спаривающих поверхностях. Для отделки укажите требуемую отделку поверхности формы (например, марки SPI A-1, B-1, C-1) в конструкции формы. Форма, отполированная до SPI A-1 (зеркальная отделка), дает асформированную поверхность, которая может потребовать незначительной дополнительной полировки, сокращая время и стоимость отделки.

Гладкость поверхности и минимизация дефектов

Во время проектирования следует избегать острых углов и глубоких ребер, которые улавливают воздух и вызывают поверхностные пустоты. Используйте обширные радиусы филе (не менее 0,5 мм, предпочтительно 1 мм или более) для улучшения потока материала и уменьшения отметин поверхностного стока. Если деталь будет окрашена или покрыта, поверхность должна иметь однородную шероховатость (Ra 0,4-0,8 мкм) для правильной адгезии. Текстурирование пресс-формы (например, кожаное зерно или матовое) может скрыть незначительные линии потока и уменьшить необходимость отделки после пресс-формы.

Совместимость материалов с процессами отделки

Различные компрессионные формовочные соединения по-разному реагируют на отделку. Термореактивные композиты (эпоксидные, фенольные, полиэфирные) являются твердыми и устойчивыми к истиранию; они требуют алмазных абразивов для шлифования и полировки. Термопластичные композиты (полипропилен, нейлон) являются более мягкими и могут быть отшлифованы стандартной гранатовой бумагой, но могут быть отшлифованы, если перегрелись. Всегда проверяйте совместимость материала с растворителями, используемыми для очистки или покрытия.

  • Для краски : Используйте грунтовку, предназначенную для инженерных пластмасс или термореактивных установок. Остатки высвобождения плесени должны быть полностью удалены (например, путем протирки растворителем или обработки плазмой).
  • Для связывания : спроектируйте связную поверхность, которая плоская и свободная от сквозняка. Рассмотрите возможность добавления мелкой выемки, чтобы действовать как клейкая плотина.
  • Для текстурирования : текстура плесени дешевле, чем травление после пресс-формы. Укажите направление текстуры и глубину в дизайне формы, чтобы избежать необходимости применять его позже.

Проектирование для автоматического завершения

Если отделка будет выполняться роботизированно (например, автоматизированная шлифовка или полировка), включите в конструкцию детали такие функции, как точные отверстия, плоские прокладки или гнезда. Эти функции позволяют роботу последовательно представлять деталь абразивным поясам или буферным колесам. Кроме того, проектируйте деталь так, чтобы все поверхности, требующие отделки, были доступны с одной ориентации или с ограниченным повторным стрижкой.

Отбор материалов и его влияние на пост-формирование

Материал, выбранный для формования компрессии, глубоко влияет на то, как выполняются операции сверления, резки и финиша.

Эффекты усиления волокон

Укрепленные соединения короткого стекла (например, фенольные со стеклом) производят твердую абразивную поверхность, которая быстро носит режущие инструменты. Конструкция более толстых стен (3-5 мм) для обеспечения достаточного материала для бурения без ущерба для прочности. Композиты из длинного и непрерывного волокна более склонны к деламинированию во время резки; используйте карабкание или резку сдвига, чтобы минимизировать измельчение края.

Содержание и жесткость фильтра

Наполненные минералами соединения (например, карбонат кальция или тальк) машины аналогично заполненным пластмассам, но могут вызывать округление края инструмента. Для материалов с высоким содержанием наполнителя, конструкция для негабаритных отверстий, которые позже будут разбиваться на кусты или использовать резьбообразующие вставки, а не постукивание тонких секций стенок. Ненаполненные термопласты (например, нейлон 6) машины чисто, но могут демонстрировать образование заусениц; рассмотреть возможность проектирования микро-заусениц на краях отверстий, чтобы минимизировать удаление заусениц.

Термические свойства

Термореактивные установки не плавятся — они обугливаются при высоких температурах. Бурение или резка без охлаждающей жидкости может вызвать сжигание поверхности. Включите охлаждающие каналы или предложите охлаждение воздухом в инструкции по процессу. Термопласты смягчаются при скромных температурах (например, 100-200°C); высокоскоростное сверление без охлаждения может вызвать переплавку и закрытие отверстия. Используйте прерывистую резку и затопите охлаждающую жидкость, где это возможно.

Сопоставляя уровень сложности постформования конструкции с обрабатываемостью материала, инженеры могут избежать сюрпризов во время наращивания производства.

Контроль качества и инспекция после формования

Последовательное качество в сверленных, разрезанных и готовых функциях требует тщательного контроля.

Проверка размеров

  • Местоположение укрытия : Используйте CMM или оптические компараторы с функциями datum, предназначенными для детали. Включите отверстия для инструментов в пресс-форме, которые передаются части в качестве опорных точек.
  • Качество края : Визуально проверяйте края разреза под увеличением на наличие трещин, расслоения или вытяжки волокна. Определите приемлемые критерии (например, ни одно расслоение не длиннее 1 мм).
  • Шероховатость поверхности: Укажите значения Ra, Rz или Rq для готовых поверхностей. Используйте профилометрию стилуса или бесконтактное лазерное сканирование. Назначьте область измерения, которая доступна и репрезентативна.

Стрессовый треск и структурная целостность

После бурения детали могут создавать микротрещины, которые распространяются под нагрузкой. Выполняйте пробное тестирование на выборочной основе (например, прикладывая определенный крутящий момент к сверленному отверстию или притягивая крепеж к заданной силе). Для критически важных для безопасности компонентов рассмотрите инспекции прокалываемых областей.

Способность к процессу

Если операция после формования последовательно производит отверстия, не допускающие усадку деталей, причиной может быть изменение усадки деталей (процесс формования) или износ инструмента (процесс бурения). Конструкция деталей с допусками, которые учитывают как изменчивость формования, так и изменчивость после формования . Например, допуск диаметра отверстия ±0,1 мм достижим при хорошем сверлении, но если деталь сжимается непоследовательно, эффективная допуска может расширяться до ±0,3 мм.

Интеграция с дизайном для производства (DFM)

Операции после формования часто являются наиболее дорогостоящим элементом производственного цикла формованной детали для сжатия.Скрупулезный обзор DFM на этапе проектирования должен явно оценивать каждую вторичную операцию:

  • Может ли это отверстие быть формованным вместо сверлили? (формирование штифта может быть дешевле, чем сверление, но это требует дополнительного обслуживания формы).
  • Можно ли оставить эту поверхность в форме с небольшим изменением конструкции? (добавление радиуса 0,5 мм исключает резкий шаг режущего края).
  • Может ли требуемая отделка поверхности быть достигнута более тонкой полировкой формы, исключающей ручную шлифовку?
  • Существуют ли допуски стека, которые требуют пост-модульной обработки, когда достаточно простой настройки крепежа?

Используйте пост-формование стоимостного оценивателя в начале процесса проектирования. Вес каждой операции по трудозатратам, расходам на оснастку и скорости лома. Конструкция, которая минимизирует сумму формования и пост-формования затрат при выполнении функциональных требований является оптимальной.

Заключение

Проектирование деталей сжатия для эффективного сверления, резки и отделки является критическим навыком, который отделяет высокоэффективные производственные программы от дорогостоящих, проблемных с качеством. Рассматривая толщину стен, геометрию босса, расположение линии разъединения, углы наклона, обрабатываемость материала и требования к проверке с самого начала, инженеры могут значительно снизить вторичные эксплуатационные расходы и улучшить согласованность продукта. Принципы, изложенные в этой статье - адекватный клиренс вокруг отверстий, однородные секции стен, разумное использование армированных областей, выбор совместимых материалов и интеграция функций определения местоположения - формируют практический инструментарий для всех, кто участвует в дизайне формования сжатия.

Чтобы еще больше уточнить ваше понимание, обратитесь к таким ресурсам, как Центр знаний о прессовании в Plastics Technology, база данных свойств материалов MatWeb для оценки параметров обрабатываемости и Руководство по проектированию МСП для обработки композитов . Кроме того, руководство по DFM Университета Нотр-Дама и ScienceDirect предлагают более глубокое погружение в процессы формования компрессии . Применяйте эти принципы проектирования, и ваши операции постформования станут предсказуемыми, повторяемыми и экономически эффективными — доставка деталей, которые отвечают как функциональным, так и эстетическим требованиям без ненужных затрат.