Kovanje malih dijelova: izbor procesa, pravila projektiranja i tolerancije

Kovanje malih dijelova najpouzdanije je kada odaberete ispravan put kovanja (hladno, toplo ili vruće/zatvorena matrica) i dizajnirate geometriju za protok metala—zatim zaključajte tolerancije, podrezivanje i ranu kontrolu. Dobro izvedeno, kovanje malih dijelova daje visoku čvrstoću, ponovljive dimenzije i gotovo neto oblike uz minimalnu strojnu obradu.

Odaberite najbolji postupak kovanja za male dijelove

Mali dijelovi mogu se kovati kroz nekoliko procesa koji utječu na cijenu alata, moguću toleranciju i iskorištenost materijala. Započnite usklađivanjem svoje obitelji dijelova (pričvršćivači, zupčanici, klinovi, jarmovi, male poluge, električni kontakti) s procesnim prozorom i završnom obradom koju možete tolerirati.

Tipični vodič za odlučivanje za kovanje malih dijelova (rasponi se razlikuju ovisno o leguri, veličini i dizajnu alata).
Proces	Najbolje za	Tipična dimenzijska sposobnost	Bilješke za male dijelove
Hladno presvlačenje / hladno oblikovanje	Pričvršćivači, zakovice, igle, jednostavne glave i drške	Često ±0,05 mm ili bolje o kritičnim značajkama (ovisno o aplikaciji)	Izvrsno za velike količine; možda će i dalje trebati sekundarne operacije za ležajeve ili navoje
Hladno kovanje (ekstruzija s više stanica/glava)	Male komponente gotovo neto kojima je potrebna snaga i ponovljivost	Točnost koja se obično navodi u ±0,01–±0,1 mm opseg (ovisno o dijelu)	Visoka učinkovitost materijala; zahtijeva duktilne materijale i robusno podmazivanje
Toplo kovanje	Tvrđe legure ili složeniji oblici nego što to dopušta čisto hladno kovanje	Između hladnog i vrućeg kovanja, ovisno o toplini i alatu	Često smanjuje opterećenje preše i rizik od pucanja u usporedbi s hladnim kovanjem
Vruće zatvoreno kovanje	Čvrste legure, deblji dijelovi ili oblici kojima je potrebno snažno strujanje zrna	Opća tolerancija zatvorene matrice je šira; podrezivanje/novčić može pooštriti rezultate	Očekujte bljesak i razmjere; planirati završnu zalihu gdje je strojna obrada neizbježna
Kovanje u prahu	Gotovo neto oblici gdje su važna kontrola poroznosti i uska geometrija	Često citiran uokolo ±0,2 mm u primjerima (ovisno o dijelu)	Može rezati strojno; ekonomičnost ovisi o cijeni i količini praha

Brzo pravilo za izbjegavanje pogrešnog postupka

Ako je dio u biti geometrije nalik spojnici, počnite s hladnim oblikovanjem prije nego razmislite o vrućem kovanju.
Ako vam je potrebna visoka čvrstoća plus značajke gotovo neto (izbočine, žljebovi, kratka rebra), procijenite hladno kovanje s više stanica ili toplo kovanje.
Ako je legura teška za hladno oblikovanje (ili su promjene presjeka agresivne), vruće kovanje u zatvorenom kalupu s planiranim korakom kovanog/obrezivanja obično je sigurnije.

Pravila projektiranja koja kovanje malih dijelova čine predvidljivim

Većina problema s "kovanjem malih dijelova" potječe iz geometrije koja zarobljava materijal, forsira oštre zaokrete u protoku ili zahtijeva nerealne tolerancije kovanog materijala. Sljedeća pravila smanjuju trošenje matrice, stabiliziraju punjenje i čine podrezivanje dosljednim.

Kontrolirajte gaz, polumjere i strategiju rastavljanja

Planirajte gaz na zidovima koji se oslobađaju iz matrice. Za čelik, gaz se obično navodi u 3-7° rasponu, ovisno o dubini i složenosti.
Izbjegavajte oštre rubove noževa i oštre unutarnje kutove; koristite izdašne filete za održavanje protoka i umiranje života. Za neke smjernice za kovanje nehrđajućeg čelika, a 0,25 inča (6,35 mm) radijus zaobljenja tretira se kao minimalna referentna točka radi lakšeg protoka.
Postavite liniju razdvajanja na mjesto gdje minimalizira utjecaj neusklađenosti na funkcionalne značajke i gdje je brzo obrezivanje dostupno i ponovljivo.

Budite eksplicitni o tome što je "kao kovano" a što "strojno obrađeno"

Za male dijelove rijetko je potrebno (ili ekonomično) juriti za ultra-tijesnim prianjanjima posvuda. Praktičan pristup je označiti samo značajke koje su kritične za funkcioniranje kao "potrebnu završnu obradu", a sve ostalo pustiti da ostane kao iskovano.

Kovane površine: rebra, bosses, i lica koja se ne pare tamo gdje je prihvatljivo gotovo neto.
Površine potrebne za završnu obradu: provrti za ležajeve, brtvene površine, precizni navoji i referentne značajke koje pokreću slaganje sklopova.

Dizajnirajte hijerarhiju značajki prilagođenu protoku

Držite duboka, tanka rebra konzervativna; ako ih trebate, razmislite o kovanju s više otisaka tako da svaki otisak postupno povećava visinu, umjesto da forsirate punu ispunu jednim udarcem.
Dajte prednost prolaznim rupama stvorenim bušenjem nakon kovanja ili sekundarnom strojnom obradom, umjesto pokušaja oblikovanja složenih udubljenja u matrici.
Gdje je moguće, uskladite staze primarnog opterećenja s očekivanim protokom zrna (jedna od temeljnih mehaničkih prednosti kovanja).

Praktičan tijek procesa za kovanje malih dijelova

Ispod je robustan osnovni tijek koji možete prilagoditi bez obzira na to radite li hladno kovanje dijela nalik spojnici ili vruće kovanje male poluge/jarma. Ključno je tretirati obrezivanje, dimenzioniranje/kovanje i pregled kao dio glavnog procesa—a ne kao naknadnu misao.

Definirajte kritične za kvalitetu dimenzije (CTQ), datume i prihvatljive kovane površine.
Odaberite put kovanja (hladno/toplo/vruće) na temelju CTQ-ova, mogućnosti oblikovanja legure i volumena.
Stvorite strategiju predforme (osobito za vruće kovanje): rasporedite volumen tako da se konačni otisak ispuni bez pretjeranog bljeska.
Dizajnirane matrice s nacrtom, radijusom i linijom razdvajanja za pouzdano otpuštanje i pristup dotjerivanju.
Planirati operacije obrezivanja i veličine/kovanja; rezervirajte ih za značajke koje moraju biti uske.
Navedite toplinsku obradu (ako je potrebna) i završnu obradu površine (npr. oplata, premazivanje) nakon stabilizacije dimenzija.
Postavite plan inspekcije: prvi artikal, provjere u procesu i konačno uzorkovanje vezano uz CTQ.

Savjet: Za kovanje malih dijelova velike količine, uložite više truda u rane probe kalupa i mjerne petlje nego u sortiranje nakon procesa - prevencija je jeftinija od otkrivanja.

Tolerancije i kontrole alata koje smanjuju varijabilnost

Raspršenost dimenzija u kovanim malim dijelovima obično dolazi od varijacije zatvaranja matrice, istrošenosti matrice, promjene temperature (vruće/toplo kovanje), nedosljednosti podmazivanja (hladno/toplo) i varijacije podrezivanja. Možete ih izravno ublažiti s nekoliko dokazanih kontrola.

Koristite kovanje/dimenzioniranje kada je debljina važna

Ako je debljina preko linije razdvajanja CTQ, isplanirajte korak kovanja/dimenzioniranja. Jedno kovanje smjernica tipična tolerancija zatvaranja oko ±0,030 in , sa ±0,010 in moguće postići korištenjem operacije kovanja nakon kovanja (i čak čvršće u posebnim slučajevima). Ovo je uobičajeni obrazac: ne "želiš" vruće kovanje u uskoj debljini - ti ga dimenzioniraš.

Planirajte trošenje i podrezivanje kao da su dio značajke

Dodajte eksplicitne dodatke za obrezivanje tako da uklanjanje bljeskalice ne zadire u funkcionalnu geometriju.
Definirajte strategiju kompenzacije trošenja kalupa: prihvatljive granice trošenja, intervali ponovnog poliranja i okidač mjerenja za ponovno brušenje pločica.
Tamo gdje su potrebni uski rubovi, razmislite o sekundarnom rezanju ili laganoj strojnoj obradi umjesto da tjerate matricu za kovanje da "drži" oštar rub tijekom dugih vožnji.

Održavajte temperaturu i podmazivanje unutar uskog pojasa

Kod toplog/vrućeg kovanja, stroža kontrola temperature smanjuje varijacije punjenja i stvaranje kamenca; kod hladnog kovanja, konzistencija maziva smanjuje šiljke trenja koji uzrokuju rasipanje dimenzija i lomljenje alata. Za male dijelove male promjene mogu imati prevelike učinke jer su volumeni značajki mali u odnosu na ukupni volumen dijelova.

Troškovi i iskoristivost materijala: gdje pobjeđuje kovanje malih dijelova

Kovanje se često odabire za male dijelove jer može smanjiti otpad i vrijeme strojne obrade dok istovremeno poboljšava čvrstoću. Reference hladnog kovanja obično navode približavanje iskoristivosti materijala skoro 100% u povoljnim geometrijama, a šire rasprave o hladnom kovanju često navode 85-95% rasponi korištenja ovisno o obitelji dijelova i postavci procesa.

Jednostavan numerički primjer (zašto je blizu mreže važno)

Pretpostavimo da mali čelični dio koristi 40 g gotovog materijala.

Obrada od šipke pri iskorištenju od 60% troši oko 66,7 g dionice (40 g / 0,60), stvaranje 26,7 g otpada po dijelu.
Hladno kovanje pri iskorištenju od 95% troši oko 42,1 g dionica (40 g / 0,95), stvaranje 2,1 g otpada po dijelu.
Na 100 000 dijelova godišnje, ta razlika je otprilike 2,46 metričkih tona manje škarta (26,7 g − 2,1 g = 24,6 g ušteđeno po dijelu).

Zbog toga je kovanje malih dijelova posebno uvjerljivo kada je u pitanju volumen: delta materijala se brzo spaja, a sati obrade opadaju kada je dio gotovo neto.

Kada kovanje možda nije najbolji izbor u pogledu cijene

Vrlo male količine gdje se trošak kalupa ne može amortizirati.
Geometrije u kojima dominiraju duboki udubljenja ili složene unutarnje šupljine (često bolje prilagođene strojnoj obradi, MIM-u ili lijevanju).
Iznimna preciznost pristaje posvuda, gdje ćete bez obzira obraditi većinu površina.

Popis za provjeru kvalitete za kovanje malih dijelova spremno za proizvodnju

Upotrijebite ovaj kontrolni popis za stabilizaciju kvalitete prije skaliranja. Dizajniran je za otkrivanje najčešćih zamki kod kovanja malih dijelova: nekontrolirane varijacije, nejasni CTQ-ovi i iznenađenja tolerancije u kasnoj fazi.

Prije rezanja završni alat

CTQ-ovi definirani s referentnim točkama i metodom mjerenja; površine koje nisu CTQ izričito dopuštene da budu kao kovane.
Pregledana strategija nacrta i fileta; linija razdvajanja i trim pristup potvrđen.
Specifikacija materijala uključuje razmatranja mogućnosti oblikovanja za predviđeni put kovanja.

Tijekom suđenja

Mjerite zatvorenost/neusklađenost i glavne CTQ-ove u više pogodaka, a ne samo u jednom uzorku.
Potvrdite ponovljivost podrezivanja; provjerite ima li neravnina/prevrtanja koje bi moglo utjecati na sastavljanje.
Ako debljina/ravnina funkcioniraju, rano potvrdite izvedbu kovanica/dimenzioniranja.

U proizvodnji

Definirajte granicu trošenja i okidač za preradu matrica; nemojte čekati da kupac pobjegne kako biste ispravili drift.
Upotrijebite provjere u procesu povezane s CTQ-ovima (ne samo vizualni pregled) i zadržite jednostavan plan reakcije kada se vrijednosti kreću.
Odvojite spremnike "kao što je kovano prihvatljivo" od spremnika "potrebna završna obrada" kako biste izbjegli nepotrebne prerade.

Zaključak: kovanje malih dijelova uspješno je kada se dizajn za kovanje (nacrt, polumjeri, rastavljanje, trim) tretira kao dio inženjeringa i kada se dimenzioniranje/kovanje i inspekcija koriste strateški za kontrolu CTQ bez pretjerane strojne obrade cijele komponente.