De basisprincipes van metaalstempelen
Metaalstempelen is een productieproces dat wordt gebruikt om platte metalen platen in specifieke vormen om te zetten.Het is een complex proces dat een aantal metaalvormtechnieken kan omvatten: stansen, ponsen, buigen en doorboren, om er maar een paar te noemen.
Er zijn duizenden bedrijven over de hele wereld die metaalstansdiensten aanbieden om componenten te leveren voor industrieën in de automobiel-, ruimtevaart-, medische en andere markten. Naarmate de mondiale markten evolueren, is er een groeiende behoefte aan snel geproduceerde grote hoeveelheden complexe onderdelen.
De volgende gids illustreert best practices en formules die vaak worden gebruikt bij het ontwerpproces van metaalstansen en bevat tips om kostenbesparende overwegingen in onderdelen op te nemen.
Basisprincipes van stempelen
Bij stempelen, ook wel persen genoemd, wordt plat plaatmetaal, in spoel- of blanco vorm, in een stempelpers geplaatst.In de pers vormen een gereedschap en matrijsoppervlak het metaal in de gewenste vorm.Ponsen, stansen, buigen, munten, reliëfdrukken en flenzen zijn allemaal stempeltechnieken die worden gebruikt om het metaal vorm te geven.
Voordat het materiaal kan worden gevormd, moeten stempelprofessionals de gereedschappen ontwerpen via CAD/CAM-engineeringtechnologie.Deze ontwerpen moeten zo nauwkeurig mogelijk zijn om ervoor te zorgen dat elke pons en bocht de juiste speling behoudt en dus een optimale onderdeelkwaliteit.Eén 3D-model met één tool kan honderden onderdelen bevatten, waardoor het ontwerpproces vaak behoorlijk complex en tijdrovend is.
Zodra het ontwerp van het gereedschap is vastgesteld, kan een fabrikant een verscheidenheid aan bewerkings-, slijp-, draadvonken- en andere productiediensten gebruiken om zijn productie te voltooien.
Soorten metaalstempelen
Er zijn drie hoofdtypen metaalstempeltechnieken: progressief, fourslide en deepdraw.
Progressief stempelen
Progressive Die Stamping beschikt over een aantal stations, elk met een unieke functie.
Eerst wordt stripmetaal door een progressieve stempelpers gevoerd.De strip rolt gestaag af van een spoel en in de matrijspers, waar elk station in het gereedschap vervolgens een andere snede, pons of buiging uitvoert.De acties van elk opeenvolgend station dragen bij aan het werk van de voorgaande stations, wat resulteert in een voltooid deel.
Het kan zijn dat een fabrikant het gereedschap herhaaldelijk met één enkele druk moet verwisselen, of meerdere malen moet drukken, waarbij elke keer één actie moet worden uitgevoerd die nodig is voor een voltooid onderdeel.Zelfs bij gebruik van meerdere persen waren er vaak secundaire bewerkingsdiensten nodig om een onderdeel echt te voltooien.Om die reden is progressief stansen de ideale oplossingmetalen onderdelen met complexe geometrieontmoeten:
- Snellere doorlooptijd
- Lagere arbeidskosten
- Kortere runlengte
- Hogere herhaalbaarheid
Fourslide-stempelen
Fourslide, of multi-slide, omvat horizontale uitlijning en vier verschillende dia's;met andere woorden, er worden vier gereedschappen tegelijkertijd gebruikt om het werkstuk vorm te geven.Dit proces maakt ingewikkelde sneden en complexe buigingen mogelijk om zelfs de meest complexe onderdelen te ontwikkelen.
Fourslide-metaalstempels kunnen verschillende voordelen bieden ten opzichte van traditioneel persstempelen, waardoor het een ideale keuze is voor veel toepassingen.Enkele van deze voordelen zijn onder meer:
1.Veelzijdigheid voor complexere onderdelen
2.Meer flexibiliteit bij ontwerpwijzigingen
Zoals de naam al aangeeft, heeft een fourslide vier slides, wat betekent dat maximaal vier verschillende gereedschappen, één per slide, kunnen worden gebruikt om meerdere bochten tegelijkertijd te maken.Terwijl materiaal in een vier slede wordt gevoerd, wordt het snel achter elkaar gebogen door elke as die is uitgerust met gereedschap.
Dieptrekken stempelen
Bij dieptrekken wordt een plano van plaatstaal via een pons in de matrijs getrokken, waardoor deze in een vorm wordt gevormd.Deze methode wordt “dieptrekken” genoemd wanneer de diepte van het getrokken onderdeel de diameter overschrijdt.Dit type vervorming is ideaal voor het maken van componenten die meerdere reeksen diameters nodig hebben en is een kosteneffectief alternatief voor draaiprocessen, waarbij doorgaans meer grondstoffen worden gebruikt.Veel voorkomende toepassingen en producten gemaakt van dieptrekken zijn onder meer:
1. Auto-onderdelen
2. Vliegtuigonderdelen
3.Elektronische relais
4. Gebruiksvoorwerpen en kookgerei
Dieptrekken stempelen
Bij dieptrekken wordt een plano van plaatstaal via een pons in de matrijs getrokken, waardoor deze in een vorm wordt gevormd.Deze methode wordt “dieptrekken” genoemd wanneer de diepte van het getrokken onderdeel de diameter overschrijdt.Dit type vervorming is ideaal voor het maken van componenten die meerdere reeksen diameters nodig hebben en is een kosteneffectief alternatief voor draaiprocessen, waarbij doorgaans meer grondstoffen worden gebruikt.Veel voorkomende toepassingen en producten gemaakt van dieptrekken zijn onder meer:
1. Auto-onderdelen
2. Vliegtuigonderdelen
3.Elektronische relais
4. Gebruiksvoorwerpen en kookgerei
Stempelen op korte termijn
Voor het stempelen van metalen in kleine oplages zijn minimale gereedschapskosten vooraf vereist en kan een ideale oplossing zijn voor prototypes of kleine projecten.Nadat de plano is gemaakt, gebruiken fabrikanten een combinatie van op maat gemaakte gereedschapscomponenten en matrijsinzetstukken om het onderdeel te buigen, ponsen of boren.De op maat gemaakte vormbewerkingen en kleinere oplages kunnen resulteren in hogere kosten per stuk, maar het ontbreken van gereedschapskosten kan korte oplagen kostenefficiënter maken voor veel projecten, vooral voor projecten die een snelle doorlooptijd vereisen.
Productiehulpmiddelen voor stempelen
Er zijn verschillende stappen bij het produceren van metaalstempels.De eerste stap is het ontwerpen en vervaardigen van het daadwerkelijke hulpmiddel dat wordt gebruikt om het product te maken.
Laten we eens kijken hoe dit eerste hulpmiddel is gemaakt:Lay-out en ontwerp van voorraadstrips:Een ontwerper gebruikt wordt gebruikt om de strip te ontwerpen en afmetingen, toleranties, invoerrichting, afvalminimalisatie en meer te bepalen.
Bewerking van gereedschapsstaal en matrijzensets:CNC zorgt voor een hoger niveau van precisie en herhaalbaarheid voor zelfs de meest complexe matrijzen.Apparatuur zoals 5-assige CNC-frezen en draad kunnen gehard gereedschapsstaal met extreem nauwe toleranties snijden.
Secundaire verwerking:Warmtebehandeling wordt toegepast op metalen onderdelen om hun sterkte te vergroten en ze duurzamer te maken voor hun toepassing.Slijpen wordt gebruikt voor het afwerken van onderdelen die een hoge oppervlaktekwaliteit en maatnauwkeurigheid vereisen.
Draadvonk:Draad-elektrische ontladingsbewerking vormt metalen materialen met een elektrisch geladen streng messingdraad.Draadvonken kan de meest ingewikkelde vormen snijden, inclusief kleine hoeken en contouren.
Ontwerpprocessen voor het stempelen van metaal
Het stempelen van metaal is een complex proces dat een aantal metaalvormprocessen kan omvatten: stansen, ponsen, buigen en doorboren en meer.Blanking:Bij dit proces gaat het om het snijden van de ruwe omtrek of vorm van het product.In deze fase gaat het om het minimaliseren en vermijden van bramen, waardoor de kosten van uw onderdeel kunnen stijgen en de doorlooptijd kan worden verlengd.In deze stap bepaalt u de gatdiameter, geometrie/conusheid, de afstand tussen rand en gat en plaatst u de eerste piercing.
Buigen:Wanneer u de bochten in uw gestempelde metalen onderdeel ontwerpt, is het belangrijk om voldoende materiaal in aanmerking te nemen. Zorg ervoor dat u uw onderdeel en de plano zo ontwerpt dat er voldoende materiaal is om de bocht uit te voeren.Enkele belangrijke factoren om te onthouden:
1.Als een bocht te dicht bij het gat wordt gemaakt, kan deze vervormd raken.
2.Inkepingen en lipjes, evenals sleuven, moeten worden ontworpen met breedtes die minimaal 1,5x de dikte van het materiaal zijn.Als ze kleiner worden gemaakt, kunnen ze moeilijk te maken zijn vanwege de kracht die op de stoten wordt uitgeoefend, waardoor ze breken.
3.Elke hoek in uw blanco ontwerp moet een straal hebben die minstens de helft van de materiaaldikte bedraagt.
4.Om het aantal en de ernst van bramen te minimaliseren, dient u indien mogelijk scherpe hoeken en complexe uitsnijdingen te vermijden.Als dergelijke factoren niet kunnen worden vermeden, zorg er dan voor dat u de braamrichting in uw ontwerp noteert, zodat hiermee tijdens het stempelen rekening kan worden gehouden
Muntvorming:Deze actie vindt plaats wanneer de randen van een gestempeld metalen onderdeel worden geraakt om de braam plat te maken of te breken;dit kan een veel vloeiendere rand creëren in het gemunte gebied van de onderdeelgeometrie;dit kan ook extra sterkte toevoegen aan plaatselijke delen van het onderdeel en dit kan worden gebruikt om secundaire processen zoals ontbramen en slijpen te vermijden.Enkele belangrijke factoren om te onthouden:
Plasticiteit en korrelrichting– Plasticiteit is de maatstaf voor de blijvende vervorming die een materiaal ondergaat wanneer het aan kracht wordt blootgesteld.Metalen met meer plasticiteit zijn gemakkelijker te vormen.De korrelrichting is belangrijk bij materialen met een hoge sterkte, zoals geharde metalen en roestvrij staal.Als een bocht langs de draad met een hoge sterkte gaat, kan deze gevoelig zijn voor scheuren.
Buigvervorming/uitstulping:De uitstulping veroorzaakt door buigvervorming kan oplopen tot de helft van de materiaaldikte.Naarmate de materiaaldikte toeneemt en de buigradius kleiner wordt, wordt de vervorming/uitstulping ernstiger.Draagweb en “Mismatch”-snit:Dit is wanneer een zeer lichte in- of uitbuiging van het onderdeel vereist is en deze is doorgaans ongeveer 0,005 inch diep.Deze eigenschap is niet nodig bij het gebruik van samengestelde of transfer-type gereedschappen, maar is vereist bij het gebruik van progressieve matrijsgereedschappen.
Op maat gestempeld onderdeel voor vitale bewakingsapparatuur in de medische industrie
Een klant in de medische industrie benaderde MK om op maat een metalen onderdeel te stempelen dat zou worden gebruikt als veer en elektronica-schild voor vitale bewakingsapparatuur in de medische sector.
1. Ze hadden een roestvrijstalen doos met veerlipjes nodig en hadden problemen met het vinden van een leverancier die binnen een redelijke termijn een ontwerp van hoge kwaliteit tegen een betaalbare prijs kon leveren.
2. Om tegemoet te komen aan het unieke verzoek van de klant om slechts één uiteinde van het onderdeel te plateren (in plaats van het hele onderdeel) zijn we een partnerschap aangegaan met een toonaangevend vertinbedrijf dat een geavanceerd, selectief galvaniseerproces met één snijkant kon ontwikkelen.
MK kon aan de complexe ontwerpvereisten voldoen met behulp van een materiaalstapeltechniek waarmee we veel plano's tegelijk konden snijden, waardoor de kosten werden beperkt en de doorlooptijden werden verkort.
Gestempelde elektrische connector voor een bedradings- en kabeltoepassing
1.Het ontwerp was zeer complex;deze afdekkingen waren bedoeld om te worden gebruikt als doorluskabels in elektrische kabelgoten in de vloer en onder de vloer;daarom kende deze toepassing inherent strikte beperkingen qua afmetingen.
2. Het productieproces was ingewikkeld en duur, omdat voor sommige opdrachten van de klant een volledig voltooide hoes nodig was en voor andere niet. Dit betekende dat AFC de onderdelen in twee stukken had gemaakt en ze indien nodig aan elkaar had gelast.
3. Door te werken met een voorbeeldconnectorafdekking en één stuk gereedschap dat door de klant werd geleverd, kon ons team bij MK het onderdeel en het bijbehorende gereedschap reverse-engineeren.Van hieruit ontwierpen we een nieuw gereedschap, dat we konden gebruiken in onze 150-tons Bliss progressieve stempelpers.
4. Hierdoor konden we het onderdeel uit één stuk vervaardigen met verwisselbare componenten, in plaats van twee afzonderlijke stukken te vervaardigen, zoals de klant had gedaan.
Dit zorgde voor aanzienlijke kostenbesparingen – 80% korting op de kosten van een bestelling van 500.000 onderdelen – en een doorlooptijd van vier weken in plaats van tien.
Aangepaste stempeling voor auto-airbags
Een klant uit de automobielsector had een zeer sterke, drukbestendige metalen doorvoertule nodig voor gebruik in airbags.
1. Met een trekbreedte van 34 mm x 18 mm x 8 mm moest de doorvoertule een tolerantie van 0,1 mm behouden, en moest het productieproces rekening houden met de unieke materiaaluitrekking die inherent is aan de uiteindelijke toepassing.
2. Vanwege de unieke geometrie kon de doorvoertule niet worden geproduceerd met behulp van transferpersgereedschap en de diepe trek vormde een unieke uitdaging.
Het MK-team bouwde een progressief gereedschap met 24 stations om een goede ontwikkeling van de trek te garanderen en gebruikte DDQ-staal met verzinking om optimale sterkte en corrosieweerstand te garanderen.Metaalstansen kan worden gebruikt om complexe onderdelen te maken voor een groot aantal industrieën.Wilt u meer weten over de verschillende op maat gemaakte metaalstempeltoepassingen waaraan we hebben gewerkt?Bezoek onze Case Studies-pagina of neem rechtstreeks contact op met het MK-team om uw unieke behoeften met een expert te bespreken.
