Hochgeschwindigkeits-Präzisionsstanzen und In-Die-Mikroforming-Technologie: von elektronischen Verbindungen bis hin zu Mikromotorenkernen
Einleitung: Die extreme Herausforderung des Stempelns im Mikro-Zeitalter
Die mehrreihigen Präzisionsverbinder im Inneren des Smartphones, der ultradünne Siliziumstahlkern des Antriebsmotors des neuen Energiefahrzeugs und die hochfrequenzabschirmende Abdeckung der 5G-Basisstation - all diese Produkte basieren auf der Hochgeschwindigkeits-Präzisionsstempeltechnologie. Die Stanzgeschwindigkeit moderner Hochgeschwindigkeitsstanzmaschinen kann mehr als 1200 Hübe pro Minute erreichen, während die Anforderungen an die Maßgenauigkeit des Werkstücks oft innerhalb von ±0,01 mm oder sogar ±5 μm liegen. Dies bedeutet, dass das Material in einem Stanzzyklus alle 0,05 Sekunden mehrere Prozesse wie Vorschub, Ausrichtung, Stanzen, Biegen, Strecken, Gewindeschneiden und sogar Nieten durchlaufen muss, und der kumulierte Fehler jedes Prozesses muss innerhalb eines sehr engen Toleranzbereichs kontrolliert werden.
Dieser Beitrag befasst sich mit der Dynamik des Hochgeschwindigkeits- equipment-die-material-process Präzisionsstanzsystems sowie mit integrierten Technologien wie der Mikroumformung im Werkzeug (Gewindeschneiden im Werkzeug, Nieten im Werkzeug, Stapelnieten von Eisenkernen) und bietet technische Anleitungen für die Verarbeitung von Stanzteilen mit hoher Wertschöpfung.
Erstens, die Systemdynamik des Hochgeschwindigkeitsstempelns
1,1 Technische Schlüsselindikatoren für Hochgeschwindigkeitsstempel
Gewöhnliche Stempel können 600 Hübe pro Minute erreichen, aber echte Hochgeschwindigkeits-Präzisionsstempel sind normalerweise höher als 800 Hübe pro Minute und können bis zu 2500 Hübe pro Minute erreichen. Zu den wichtigsten Indikatoren gehören: Gleitbewegungskurve (sinusförmig vs. verbesserte trapezförmige Kurve), dynamische Wiederholbarkeit des unteren Totpunkts (innerhalb von ±0 mm), Rahmensteifigkeit und Vibrationsreduzierung. Die Servo-Direktantriebstechnologie ersetzt allmählich die traditionelle Schwungrad-Kupplungsstruktur im Hochgeschwindigkeitsbereich, die eine programmierbare Steuerung von Geschwindigkeit und Hub ermöglicht, was für komplexe Mikroformungen äußerst vorteilhaft ist.
1,2 Fütterungs- und Leitsystem
Beim Stanzen mit hoher Geschwindigkeit bestimmt die Vorschubgenauigkeit direkt die Stanzpositionierung. Der Rollenvorschub mit pneumatischer Klemmung wurde nach und nach durch den servomotorgetriebenen Nockenvorschub ersetzt, und der Vorschubfehler kann innerhalb von ±0,02 mm kontrolliert werden. Eine fortschrittlichere Konfiguration ist das optische Ausrichtungssystem: Ein hochauflösender CCD wird am Formeinlass installiert, die Kante des Bandmaterials oder das vorgefertigte Führungsloch wird in Echtzeit erkannt, und der Vorschubservomotor wird durch einen geschlossenen Regelkreis eingestellt.
1,3 Würfeldynamik und Schwingungskontrolle
Bei ultrahoher Geschwindigkeit erzeugen der Stempel und die konkaven Matrizen der Matrize geringe elastische Verformungen und Vibrationen. Die Struktur des Formbodens und die Befestigungsmethode müssen durch Modalanalyse optimiert werden, um Resonanzen zu vermeiden. Die Stanzbefestigungsplatte sollte aus hochsteifem legiertem Stahl und in Leichtbauweise hergestellt werden. Darüber hinaus wird anstelle einer Metallfeder eine Stickstoffgasfeder als Entlastungskraftquelle verwendet, da ihre dynamische Kraft stabiler ist.
Zweitens, die Konstruktionsphilosophie von Hartmetall-Folgeverbundwerkzeugen
2,1 Aufbau der Form und Anordnung der Stufen
Die Anzahl der Schritte eines Präzisions-Folgeverbundwerkzeugs beträgt oft 20 bis 40, und die Reihenfolge der Anordnung ist wie folgt: Stanzen des positiven Lochs, Grobstanzen des inneren Lochs, Feinstanzen der Form, Biegen und Umformtrennung. Bei Kleinteilen ist im letzten Schritt eine vollständige Trennung erforderlich, um zu vermeiden, dass ein einzelnes Kleinteil in der Form stecken bleibt. Die Einstellung der Leerstufen (Leerstationen) ist bei Hochgeschwindigkeitsformen von entscheidender Bedeutung und lässt Raum für zukünftige Formwechsel oder zusätzliche Sensoren.
2,2 Stanzspiel und Gratkontrolle
Der Stanzspalt (der einseitige Spalt zwischen dem Stempel und der Matrize) wirkt sich auf die Grathöhe und die Querschnittsqualität aus. Bei dünnen Werkstoffen mit einer Dicke von 0,1 bis 0,5 mm beträgt der Spalt beim Präzisionsstanzen in der Regel 3% bis 6% der Materialdicke. Wenn die Materialdicke jedoch weniger als 0,2 mm beträgt, nimmt die relative Spaltschwankung, die durch die Exzentrizität der Bearbeitung und Montage der Matrizenkante verursacht wird, erheblich zu, und es muss ein Mikrodraht-Erodiergerät verwendet werden, um den Matrizeneinsatz in einem Schuss zu formen.
Industriestandard für Grathöhe: Steckverbinder benötigen weniger als 10% der Materialstärke und nicht mehr als 0,02 mm. Bewältigungsstrategie: Fine Blanking Struktur - Druckplatte mit V-Zahnkranz, jedoch begrenzt durch Matrizengröße und Kosten, nur lokal an Schlüsselstationen angebracht.
2,3 Stanzkühlung und Antihaftbeschichtung
Beim kontinuierlichen Stanzen mit hoher Geschwindigkeit wird Reibungswärme erzeugt, wodurch die Stanztemperatur ansteigt und das Material leicht haftet. Lösung: Integrieren Sie einen feinen Kühlkanal in die Form oder verwenden Sie eine Kombination aus Hartmetall und Beschichtung und erhöhen Sie die Kraftstoffeinspritzung, um die Kühlung zu erzwingen.
Drittens, die Sammlung der In-Mold-Mikroforming-Technologie
3,1 Gewindeschneiden in der Form und Nieten in der Form
Die herkömmliche Gewindeschneidmaschine muss nach dem Stanzen ein Gewinde nach dem anderen bearbeiten, was eine geringe Effizienz hat und den Umsatz erhöht. Das Gewindeschneiden in der Form wird durch die Bewegung des Stanzschiebers angetrieben, um den Gewindeschneider durch den Gewindeschneidkopf zu drehen, der an der unteren Form der Form installiert ist, und das Gewindeschneiden wird auf dem Band abgeschlossen. Die Genauigkeit kann 6 Stunden erreichen, und die Geschwindigkeit wird mit dem Stanzschlag synchronisiert.
Unter In-Mold-Nieten versteht man die Montage von Stanzteilen und Muttern, Bolzen oder anderen Stanzteilen in derselben Form. Die Nietteile werden durch den Vorschubmechanismus in die Form geschickt, und das Nieten oder Bördelnieten ist abgeschlossen, wenn der Schieber nach unten geht.
3,2 Automatische Stapel- und Niettechnik für Motorkerne
Der Stator- und Rotorkern eines Motors besteht aus Hunderten von Siliziumstahlblechen der gleichen Form, die übereinander gestapelt sind. Das traditionelle Verfahren besteht darin, nach dem Stanzen getrennt zu kleben oder zu schweißen. Bei der automatischen Stapel- und Niettechnologie wird ein spezieller Stempel aus progressiven Matrizen verwendet, um ringförmige Vertiefungen (Nietpunkte) an jedem Stück auszustanzen. Wenn das nächste Stück gestapelt wird, drücken sich die Beulen in die Vertiefungen der vorherigen Schicht, um eine Interferenzverbindung zu bilden. Durch die Steuerung der Drehung jedes Teils in einem bestimmten Winkel werden Fehler in der Dickenrichtung vermieden und gleichzeitig die magnetischen Eigenschaften verbessert.
Diese Technologie erfordert eine extrem hochpräzise Stapeldickenkontrolle (Dickentoleranz von ±0,002mm pro Blech) und erkennt automatisch die Anzahl der Lamellen während des Stanzprozesses und entlädt den Kern automatisch, nachdem eine vorbestimmte Anzahl von Blechen erreicht wurde.
3,3 Ätz- und Stanzmischverfahren für Bleirahmen
Bleirahmen mit hoher Dichte (Stiftabstand unter 0,3 mm) werden traditionell chemisch geätzt, aber der Produktionszyklus ist lang und dem Umweltschutz nicht förderlich. Es wird das hybride Verfahren aus Präzisionsstanzen und Teilätzen angewandt: Zunächst werden die Form und der grobe Umriss des Stifts mit einer progressiven Matrize gestanzt, und dann werden die feinen Lücken zwischen den Stiften durch Laser- oder chemisches Ätzen verfeinert, um sicherzustellen, dass die Kante des Stifts glatt und gratfrei ist.
IV. Häufige Mängel und Diagnosen beim Hochgeschwindigkeitsstanzen
Verfahren zur Diagnose typischer Ursachen von Defekten
Gratanomalie erhöht den Stanzverschleiß, Spaltvergrößerung, Zuführung asynchrone stroboskopische Beobachtung des Forminneren, mikroskopische Messung des Grats
Verstopfung kleiner Löcher, schwimmender Abfall, Werkzeugverschleiß, Überwachung des viskosen Öldrucksensors, Inspektion des Abfallblasdrucks
Eisenkern Stapelhöhe Fluktuation Silizium Stahlblech Dicke Fehler Akkumulation, instabile Nietkraft Online-Laser-Dickenmessung, Sensor Überwachung Nietpunkt Tiefe
Gewindeschneiden im Werkzeug und verrottete Gewindeschneider, synchroner Zeitversatz, Schwingungsüberwachung hoher Materialhärte, Glühen oder Austausch von Gewindeschneidern
Online-Überwachung und adaptive Steuerung
Das Hochgeschwindigkeitsstanzen muss eine Qualitätsüberwachung ohne Ausfallzeiten ermöglichen. Zu den gängigen Lösungen gehören: ein System zur Überwachung der Tonnage (die Wellenform des Stanzdrucks jeder Station wird mit der Standardwellenform verglichen, und die Abweichung überschreitet den Schwellenwert), eine fotoelektrische Erkennung des Stanzens (Zählen der verdeckten Lichtstrahlen, wenn kleine Teile herunterfallen) und eine stroboskopische Beleuchtung mit einer hochauflösenden Kamera (Aufnahme von Standbildern mit hoher Geschwindigkeit, um Grate oder fehlende Materialien zu erkennen).
Die hochmoderne Stanzwerkstatt verfügt über einen vollständigen Regelkreis: Das System passt die Stanzgeschwindigkeit oder die Schmiermenge automatisch an den Trend der Grathöhe an oder veranlasst das Schleifen des Stempels.
Zukünftige Trends: Formen für Mikroprägung und additive Fertigung
Mit der wachsenden Nachfrage nach tragbaren Geräten und medizinischen Miniaturgeräten ist das Stanzen von Metallfolien mit einer Dicke von weniger als 0,05 mm zu einer Grenze geworden. Dies erfordert Mikroprägewerkzeuge (Stanzdurchmesser bis zu 0,1 mm), die im Mikro-EDM- oder UV-LIGA-Verfahren hergestellt werden. Gleichzeitig wird die additive Fertigung (3D-Druck) zur Herstellung von Hartmetallformeinsätzen mit konformen Kühlkanälen eingesetzt, wodurch das Problem der Wärmeableitung von Mikroformen effektiv gelöst wird.
Schlussfolgerung
Das Hochgeschwindigkeits-Präzisionsstanzen ist die technologische Pyramidenspitze im Bereich des Hardware-Stanzens, die multidisziplinäres Wissen wie mechanische Dynamik, Materialtribologie, Präzisionsmessung und -steuerung integriert. Angetrieben von der doppelten Nachfrage nach neuen Energiefahrzeugen und 3C-Elektronik werden Unternehmen, die Tausende von Hüben pro Minute erreichen und eine Genauigkeit im Mikrometerbereich beibehalten können, sicherlich eine Kernposition mit hoher Wertschöpfung in der globalen Industriekette einnehmen.
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