Kucie małych części: wybory procesowe, zasady projektowania i tolerancje

Kucie małych części jest najbardziej niezawodne, jeśli wybierzesz właściwą metodę kucia (na zimno, na ciepło lub na gorąco/z zamkniętą matrycą) i zaprojektujesz geometrię pod kątem przepływu metalu, a następnie wcześnie ustalisz tolerancje, przycięcie i kontrolę. Dobrze wykonane kucie małych części zapewnia wysoką wytrzymałość, powtarzalne wymiary i kształty zbliżone do netto przy minimalnej obróbce.

Wybierz najlepszy proces kucia małych części

Małe części można kuć w kilku procesach, które wymagają kosztu oprzyrządowania, osiągalnej tolerancji i wykorzystania materiału. Zacznij od dopasowania rodziny części (elementów mocujących, kół zębatych, sworzni, jarzm, małych dźwigni, styków elektrycznych) do okna procesu i wykończenia, które możesz tolerować.

Typowy przewodnik decyzyjny dotyczący kucia małych części (zakresy różnią się w zależności od stopu, rozmiaru i konstrukcji narzędzia).
Proces	Najlepsze dla	Typowe możliwości wymiarowe	Uwagi dotyczące małych części
Kucie na zimno / formowanie na zimno	Elementy złączne, nity, kołki, proste łby i trzpienie	Często ±0,05 mm lub lepiej na krytycznych funkcjach (w zależności od aplikacji)	Doskonały do dużych głośności; może nadal potrzebować dodatkowych operacji w przypadku pasowań łożysk lub gwintów
Kucie na zimno (wytłaczanie/wytłaczanie wielostanowiskowe)	Małe komponenty bliskie sieci wymagające wytrzymałości i powtarzalności	Dokładność powszechnie podawana w ±0,01–±0,1 mm pasmo (częściowo zależne)	Wysoka wydajność materiałowa; wymaga materiałów plastycznych i solidnego smarowania
Kucie na ciepło	Twardsze stopy lub bardziej złożone kształty niż pozwala na to czyste kucie na zimno	Pomiędzy kuciem na zimno a kuciem na gorąco, w zależności od temperatury i oprzyrządowania	Często zmniejsza obciążenie prasy i ryzyko pękania w porównaniu z kuciem na zimno
Kucie matrycowe na gorąco	Twarde stopy, grubsze przekroje lub kształty wymagające silnego przepływu ziaren	Ogólna tolerancja matrycy zamkniętej jest szersza; przycinanie/moneta może zaostrzyć wyniki	Spodziewaj się błysku i skali; zaplanuj zapasy wykończeniowe, w których obróbka jest nieunikniona
Kucie proszkowe	Kształty zbliżone do siatkowych, w których liczy się kontrola porowatości i ścisła geometria	Często cytowane ±0,2 mm w przykładach (częściowo zależne)	Może ciąć obróbkę; ekonomika zależy od kosztu i objętości proszku

Szybka zasada pozwalająca uniknąć złego procesu

Jeśli część ma zasadniczo geometrię przypominającą element złączny, zacznij od kucia na zimno/formowania na zimno, zanim rozważysz kucie na gorąco.
Jeśli potrzebujesz dużej wytrzymałości i cech zbliżonych do netto (wypusty, wypusty, krótkie żebra), rozważ wielostanowiskowe kucie na zimno lub kucie na ciepło.
Jeśli stop jest trudny do formowania na zimno (lub zmiany przekroju są agresywne), kucie na gorąco w zamkniętej matrycy z zaplanowanym etapem wybijania/przycinania jest zazwyczaj bezpieczniejsze.

Zasady projektowania, dzięki którym kucie małych części jest przewidywalne

Większość problemów związanych z kuciem małych części ma swoje korzenie w geometrii, która zatrzymuje materiał, wymusza ostre zakręty w przepływie lub wymaga nierealistycznych tolerancji w stosunku do odkuwki. Poniższe zasady zmniejszają zużycie matrycy, stabilizują wypełnienie i zapewniają spójne przycinanie.

Kontroluj zanurzenie, promienie i strategię przecinania

Zaplanuj ciąg na ścianach, które wychodzą z matrycy. W przypadku stali zanurzenie jest powszechnie cytowane w dokumencie 3–7° zakresie, w zależności od głębokości i złożoności.
Unikaj krawędzi noży i ostrych narożników wewnętrznych; używaj obfitych filetów, aby utrzymać przepływ i żywotność matrycy. W przypadku niektórych wskazówek dotyczących kucia stali nierdzewnej, a 0,25 cala (6,35 mm) promień zaokrąglenia jest traktowany jako minimalny punkt odniesienia dla ułatwienia przepływu.
Umieść linię podziału w miejscu, w którym minimalizuje to wpływ niedopasowania na funkcje funkcjonalne oraz gdzie przycinanie wypływkowe jest dostępne i powtarzalne.

Wyraźnie określ, co jest „odkute” a co „obrobione maszynowo”

W przypadku małych części rzadko jest konieczne (lub ekonomiczne) stosowanie wszędzie bardzo ciasnego pasowania. Praktycznym podejściem jest oznaczenie tylko elementów kluczowych dla działania jako „wymagane wykończenie” i pozostawienie wszystkich pozostałych elementów w stanie nienaruszonym.

Powierzchnie kute: żebra, występy i nieparujące się ściany, gdzie dopuszczalne jest zbliżenie do siatki.
Wymagane wykończenie powierzchni: otwory łożysk, powierzchnie uszczelniające, precyzyjne gwinty i elementy bazowe, które wpływają na układanie zespołu.

Zaprojektuj hierarchię funkcji „przyjazną przepływowi”.

Utrzymuj głębokie, cienkie żebra zachowawcze; jeśli ich potrzebujesz, rozważ tworzenie wielu wyświetleń, aby każde wyświetlenie stopniowo zwiększało wysokość, zamiast wymuszać pełne wypełnienie jednym uderzeniem.
Preferuj otwory przelotowe utworzone przez przebicie po kuciu lub obróbkę wtórną, zamiast próbować tworzyć skomplikowane podcięcia w matrycy.
Jeśli to możliwe, wyrównaj główne ścieżki obciążenia z oczekiwanym przepływem ziaren (jedna z mechanicznych zalet rdzenia kuźniczego).

Praktyczny przebieg procesu kucia małych części

Poniżej znajduje się solidny przepływ bazowy, który można dostosować niezależnie od tego, czy kujesz na zimno część przypominającą element złączny, czy kujesz na gorąco małą dźwignię/jarzmo. Kluczem jest traktowanie przycinania, wymiarowania/wybijania i kontroli jako części głównego procesu, a nie późniejszych przemyśleń.

Zdefiniuj wymiary krytyczne dla jakości (CTQ), punkty odniesienia i akceptowalne powierzchnie po kuciu.
Wybierz drogę kucia (na zimno/ciepło/na gorąco) w oparciu o CTQ, odkształcalność stopu i objętość.
Utwórz strategię preform (szczególnie w przypadku kucia na gorąco): rozprowadź objętość tak, aby końcowe wrażenie wypełniło się bez nadmiernego wybłysku.
Zaprojektuj matryce z pochyleniem, promieniami i linią podziału, aby zapewnić niezawodny dostęp do zwalniania i przycinania.
Zaplanuj operacje przycinania i wymiarowania/bicia; zarezerwuj je dla funkcji, które muszą być ciasne.
Określ obróbkę cieplną (jeśli to konieczne) i wykończenie powierzchni (np. galwanizacja, powlekanie) po ustabilizowaniu wymiarów.
Ustal plan inspekcji: kontrole pierwszego artykułu, kontrole w trakcie procesu i końcowe pobieranie próbek powiązane z NDJ.

Wskazówka: W przypadku kucia małych części na dużą skalę należy poświęcić więcej wysiłku na wczesne próby matryc i pętle pomiarowe niż na sortowanie po procesie — zapobieganie jest tańsze niż wykrywanie.

Tolerancje i kontrola narzędzi, które zmniejszają zmienność

Rozrzut wymiarowy w małych kutych częściach zwykle wynika ze zmian zamknięcia matrycy, zużycia matrycy, wahań temperatury (kucie na gorąco/ciepło), niespójności smarowania (zimno/ciepło) i zmian w przycinaniu. Możesz bezpośrednio je złagodzić za pomocą kilku sprawdzonych kontroli.

Jeśli grubość ma znaczenie, użyj zwijania/zaklejania

Jeśli grubość w poprzek linii podziału jest CTQ, zaplanuj etap wybijania/wymiarowania. Jedna z wytycznych dotyczących kucia typowa tolerancja zamknięcia około ±0,030 cala , z ±0,010 cala można osiągnąć za pomocą operacji wybijania po kuciu (a w specjalnych przypadkach nawet mocniej). Jest to powszechny schemat: nie „życzysz sobie” kucia na gorąco o małej grubości – sam to dobierasz.

Zaplanuj noszenie i przycinanie tak, jakby były elementami części

Dodaj wyraźne naddatki na przycięcia, aby usuwanie wypływki nie naruszało geometrii funkcjonalnej.
Zdefiniuj strategię kompensacji zużycia matrycy: akceptowalne granice zużycia, odstępy między kolejnymi polerowaniami i wyzwalacz pomiaru w celu ponownego skrawania płytek.
Tam, gdzie potrzebne są wąskie krawędzie, należy rozważyć wtórne ścinanie lub lekką obróbkę, zamiast zmuszać matrycę do „trzymania” ostrej krawędzi przez długie serie.

Utrzymuj temperaturę i smarowanie w wąskim paśmie

W przypadku kucia na ciepło/na gorąco ściślejsza kontrola temperatury zmniejsza zmienność wypełnienia i osadzanie się kamienia; podczas kucia na zimno konsystencja smaru zmniejsza skoki tarcia, które powodują rozrzut wymiarowy i pękanie narzędzia. W przypadku małych części małe wahania mogą mieć ponadwymiarowe skutki, ponieważ objętości elementów są małe w stosunku do całkowitej objętości części.

Koszty i wykorzystanie materiałów: gdzie wygrywa kucie małych części

Kucie jest często wybierane w przypadku małych części, ponieważ może zmniejszyć ilość złomu i czas obróbki, jednocześnie poprawiając wytrzymałość. Odniesienia do kucia na zimno często wskazują na zbliżające się wykorzystanie materiału prawie 100% w korzystnych geometriach i często przytacza się szersze dyskusje na temat kucia na zimno 85–95% zakresy wykorzystania w zależności od rodziny części i konfiguracji procesu.

Prosty przykład liczbowy (dlaczego sieć pobliżu sieci ma znaczenie)

Załóżmy, że na małą stalową część zużywa się 40 g gotowego materiału.

Obróbka z pręta przy wykorzystaniu 60% zużywa ok 66,7 g bulionu (40 g/0,60), tworząc 26,7 g złomu na część.
Kucie na zimno przy wykorzystaniu 95% zużywa ok 42,1 g bulionu (40 g/0,95), tworząc 2,1 g złomu na część.
Przy 100 000 części rocznie jest to mniej więcej różnica 2,46 tony metrycznej mniej złomu (26,7 g - 2,1 g = 24,6 g zaoszczędzone na części).

Dlatego kucie małych części jest szczególnie atrakcyjne w dużych ilościach: delta materiału szybko się łączy, a godziny obróbki skracają się, gdy część jest bliska wartości netto.

Kucie może nie być najlepszym wyborem pod względem kosztów

Bardzo małe ilości, przy których nie można zamortyzować kosztów matrycy.
Geometrie zdominowane przez głębokie podcięcia lub złożone wnęki wewnętrzne (często lepiej dostosowane do obróbki skrawaniem, MIM lub odlewania).
Niezwykle precyzyjne dopasowanie wszędzie tam, gdzie niezależnie od obróbki będziesz obrabiał większość powierzchni.

Lista kontrolna jakości dla kucia małych części gotowych do produkcji

Użyj tej listy kontrolnej, aby ustabilizować jakość przed skalowaniem. Został zaprojektowany, aby wychwycić najczęstsze pułapki związane z kuciem małych części: niekontrolowane odchylenia, niejasne CTQ i niespodzianki w zakresie tolerancji na późnym etapie.

Przed cięciem końcowego oprzyrządowania

CTQ zdefiniowane za pomocą punktów odniesienia i metody miernika; powierzchnie nieobjęte CTQ wyraźnie zezwalają na to, aby były kute.
Przegląd strategii roboczej i zaokrąglonej; potwierdzono linię podziału i dostęp do wykończenia.
Specyfikacja materiału obejmuje kwestie odkształcalności dla zamierzonej trasy kucia.

Podczas prób

Mierz zamknięcie/niedopasowanie i główne CTQ dla wielu trafień, a nie tylko dla pojedynczej próbki.
Potwierdź powtarzalność przycinania; sprawdź, czy nie ma zadziorów/przewinięć, które mogłyby mieć wpływ na montaż.
Jeśli działają regulatory grubości/płaskości, należy wcześniej sprawdzić wydajność wybijania/zaklejania.

W produkcji

Zdefiniuj limit zużycia i wyzwalacz przeróbki matryc; nie czekaj, aż klient ucieknie, aby skorygować dryf.
Korzystaj z kontroli w trakcie procesu powiązanych z CTQ (nie tylko inspekcją wizualną) i miej prosty plan reakcji, gdy wartości będą się rozwijać.
Oddziel pojemniki „w stanie akceptowalnym w stanie kutym” od pojemników „wymagane wykończenie”, aby uniknąć niepotrzebnych przeróbek.

Konkluzja: kucie małych części kończy się sukcesem, gdy projektowanie pod kątem kucia (ciąg, promienie, przecinanie, przycinanie) jest traktowane jako część inżynierii, a wymiarowanie/wybijanie i kontrola są wykorzystywane strategicznie w celu kontrolowania CTQ bez nadmiernej obróbki całego komponentu.