Rèn các bộ phận nhỏ: Lựa chọn quy trình, Quy tắc thiết kế và Dung sai

Chọn quy trình rèn tốt nhất cho các bộ phận nhỏ

Các bộ phận nhỏ có thể được rèn thông qua một số quy trình nhằm cân bằng chi phí dụng cụ, dung sai có thể đạt được và việc sử dụng vật liệu. Bắt đầu bằng cách kết hợp nhóm bộ phận của bạn (ốc vít, bánh răng, chốt, ách, đòn bẩy nhỏ, tiếp điểm điện) với cửa sổ quy trình và quá trình hoàn thiện mà bạn có thể chấp nhận được.

Một quy tắc nhanh để tránh quy trình sai

• Nếu bộ phận về cơ bản có dạng hình học giống như dây buộc, hãy bắt đầu với tiêu đề nguội/tạo hình nguội trước khi bạn xem xét việc rèn nóng.
• Nếu bạn cần cường độ cao cộng với các tính năng gần lưới (trùm, chốt, gân ngắn), hãy đánh giá rèn nguội đa trạm hoặc rèn ấm.
• Nếu hợp kim khó ở dạng nguội (hoặc thay đổi phần mạnh mẽ), việc rèn nóng khuôn kín với bước tạo hình/cắt tỉa theo kế hoạch thường an toàn hơn.

Quy tắc thiết kế giúp việc rèn chi tiết nhỏ có thể dự đoán được

Hầu hết các vấn đề về “rèn các bộ phận nhỏ” đều có nguồn gốc từ hình học bẫy vật liệu, tạo ra các chuyển hướng đột ngột trong dòng chảy hoặc yêu cầu dung sai giả mạo không thực tế. Các quy tắc sau đây giúp giảm mài mòn khuôn, ổn định khối điền và làm cho việc cắt tỉa trở nên nhất quán.

Kiểm soát dự thảo, bán kính và chiến lược chia tay

• Bản phác thảo kế hoạch trên các bức tường thoát ra khỏi khuôn. Đối với thép, dự thảo thường được trích dẫn trong 3–7° phạm vi, tùy thuộc vào độ sâu và độ phức tạp.
• Tránh các cạnh dao và các góc nhọn bên trong; sử dụng phi lê nhiều để duy trì dòng chảy và tuổi thọ của khuôn. Để biết một số hướng dẫn rèn không gỉ, 0,25 inch (6,35 mm) bán kính phi lê được coi là điểm tham chiếu tối thiểu để dễ dàng di chuyển.
• Đặt đường phân khuôn ở nơi nó giảm thiểu tác động không khớp lên các tính năng chức năng và ở nơi có thể truy cập và lặp lại việc cắt nhanh.

Hãy rõ ràng về thế nào là “được rèn” và “được gia công”

Đối với các bộ phận nhỏ, hiếm khi cần thiết (hoặc tiết kiệm) để tìm kiếm những sản phẩm vừa khít ở mọi nơi. Một cách tiếp cận thực tế là chỉ gắn nhãn các tính năng quan trọng đối với chức năng là “cần hoàn thiện” và để mọi thứ khác giữ nguyên như cũ.

• Bề mặt được rèn: xương sườn, phần lồi và các mặt không giao phối ở những nơi gần lưới có thể chấp nhận được.
• Các bề mặt cần hoàn thiện: lỗ ổ trục, mặt bịt kín, ren chính xác và các tính năng chuẩn giúp điều khiển việc xếp chồng các cụm lắp ráp.

Thiết kế hệ thống phân cấp tính năng “thân thiện với luồng”

• Giữ xương sườn sâu, mỏng bảo thủ; nếu bạn cần chúng, hãy cân nhắc việc rèn nhiều lần hiển thị để mỗi lần hiển thị tăng dần độ cao thay vì buộc phải điền đầy đủ vào một lần nhấn.
• Ưu tiên các lỗ xuyên được tạo bằng cách xuyên qua sau khi rèn hoặc bằng gia công thứ cấp hơn là cố gắng tạo các đường cắt phức tạp trong khuôn.
• Nếu có thể, hãy căn chỉnh các đường dẫn tải chính với dòng hạt dự kiến ​​(một trong những lợi thế cơ học cốt lõi của rèn).

Một quy trình thực tế để rèn các bộ phận nhỏ

Dưới đây là quy trình cơ bản mạnh mẽ mà bạn có thể điều chỉnh cho dù bạn đang rèn nguội một bộ phận giống như dây buộc hay rèn nóng một đòn bẩy/ách nhỏ. Điều quan trọng là coi việc cắt tỉa, định cỡ/đúc và kiểm tra như một phần của quy trình chính—chứ không phải là những suy nghĩ lại.

1. Xác định các kích thước quan trọng đối với chất lượng (CTQ), mốc chuẩn và các bề mặt được rèn có thể chấp nhận được.
2. Chọn lộ trình rèn (lạnh/ấm/nóng) dựa trên CTQ, khả năng định hình hợp kim và khối lượng.
3. Tạo chiến lược tạo phôi (đặc biệt là rèn nóng): phân phối khối lượng để lấp đầy ấn tượng cuối cùng mà không cần nháy quá nhiều.
4. Thiết kế khuôn có bản nháp, bán kính và đường phân khuôn để tháo gỡ và cắt xén một cách đáng tin cậy.
5. Lập kế hoạch các hoạt động cắt tỉa và định cỡ/đúc; dành chúng cho các tính năng phải chặt chẽ.
6. Chỉ định xử lý nhiệt (nếu cần) và hoàn thiện bề mặt (ví dụ: mạ, phủ) sau khi ổn định kích thước.
7. Đặt kế hoạch kiểm tra: kiểm tra bài viết đầu tiên, kiểm tra trong quá trình và lấy mẫu cuối cùng gắn liền với CTQ.

Mẹo: Đối với việc rèn các bộ phận nhỏ với khối lượng lớn, hãy dành nhiều nỗ lực hơn cho việc thử khuôn sớm và vòng đo lường hơn là phân loại sau quá trình—phòng ngừa rẻ hơn so với phát hiện.

Dung sai và kiểm soát dụng cụ làm giảm sự biến đổi

Sự phân tán kích thước trong các bộ phận nhỏ được rèn thường xuất phát từ sự biến đổi của việc đóng khuôn, sự mài mòn của khuôn, sự thay đổi nhiệt độ (rèn nóng/ấm), sự không nhất quán bôi trơn (lạnh/ấm) và sự biến đổi cắt tỉa. Bạn có thể trực tiếp giảm thiểu những điều này bằng một số biện pháp kiểm soát đã được chứng minh.

Sử dụng đúc/kích thước khi độ dày quan trọng

Nếu độ dày ngang qua đường phân khuôn là CTQ, hãy lập kế hoạch cho bước đúc/định cỡ. Một ghi chú hướng dẫn rèn dung sai đóng điển hình khoảng ± 0,030 in , với ±0,010 inch có thể đạt được bằng cách sử dụng thao tác đúc sau rèn (và thậm chí chặt chẽ hơn trong các trường hợp đặc biệt). Đây là một mô hình phổ biến: bạn không “mong muốn” việc rèn nóng thành độ dày chặt chẽ mà bạn định kích thước cho nó.

Lập kế hoạch mặc và cắt tỉa như thể chúng là một phần tính năng

• Thêm các khoản phụ cấp cắt cụ thể để việc loại bỏ đèn flash không xâm phạm hình học chức năng.
• Xác định chiến lược bù hao mòn khuôn: giới hạn mài mòn có thể chấp nhận được, khoảng thời gian đánh bóng lại và kích hoạt đo lường để cắt lại hạt dao.
• Khi cần các cạnh chặt, hãy xem xét việc cắt thứ cấp hoặc gia công nhẹ thay vì buộc khuôn rèn phải “giữ” một cạnh sắc trong thời gian dài.

Giữ nhiệt độ và bôi trơn trong phạm vi hẹp

Trong quá trình rèn ấm/nóng, việc kiểm soát nhiệt độ chặt chẽ hơn sẽ làm giảm sự biến đổi và tỷ lệ điền đầy; trong rèn nguội, tính nhất quán của chất bôi trơn làm giảm các gai ma sát dẫn đến sự phân tán kích thước và gãy dụng cụ. Đối với các bộ phận nhỏ, sự dao động nhỏ có thể có tác động quá lớn vì khối lượng tính năng nhỏ so với tổng khối lượng bộ phận.

Chi phí và sử dụng vật liệu: Việc rèn các bộ phận nhỏ sẽ thắng

Việc rèn thường được chọn cho các bộ phận nhỏ vì nó có thể giảm phế liệu và thời gian gia công đồng thời cải thiện độ bền. Các tài liệu tham khảo rèn nguội thường trích dẫn cách tiếp cận sử dụng vật liệu gần 100% trong các hình học thuận lợi và các cuộc thảo luận rèn nguội rộng hơn thường trích dẫn 85–95% phạm vi sử dụng tùy thuộc vào họ bộ phận và thiết lập quy trình.

Một ví dụ số đơn giản (tại sao mạng gần lại quan trọng)

Giả sử một phần thép nhỏ sử dụng 40 g vật liệu hoàn thiện.

• Gia công từ thanh với mức sử dụng 60% tiêu tốn khoảng 66,7 gam lượng dự trữ (40 g / 0,60), tạo 26,7 gam phế liệu cho mỗi phần.
• Rèn nguội ở mức sử dụng 95% tiêu thụ khoảng 42,1 gam lượng dự trữ (40 g / 0,95), tạo 2,1 g phế liệu cho mỗi phần.
• Ở mức 100.000 bộ phận/năm, sự khác biệt đó xấp xỉ 2,46 tấn ít phế liệu hơn (26,7 g − 2,1 g = 24,6 g tiết kiệm được trên mỗi bộ phận).

Đây là lý do tại sao việc rèn các bộ phận nhỏ đặc biệt hấp dẫn về số lượng: vật liệu delta kết hợp nhanh chóng và số giờ gia công giảm xuống khi bộ phận đó ở gần lưới.

Khi rèn có thể không phải là sự lựa chọn chi phí tốt nhất

• Khối lượng rất thấp mà chi phí khuôn không thể được khấu hao.
• Hình học bị chi phối bởi các đường cắt sâu hoặc các khoang bên trong phức tạp (thường phù hợp hơn với gia công, MIM hoặc đúc).
• Độ chính xác siêu cao phù hợp ở mọi nơi, bất kể bạn có thể gia công hầu hết các bề mặt ở đâu.

Danh sách kiểm tra chất lượng để rèn chi tiết nhỏ sẵn sàng sản xuất

Hãy sử dụng danh sách kiểm tra này để ổn định chất lượng trước khi bạn mở rộng quy mô. Nó được thiết kế để nắm bắt những cạm bẫy phổ biến nhất trong việc rèn các bộ phận nhỏ: biến thể không được kiểm soát, CTQ không rõ ràng và những bất ngờ về dung sai ở giai đoạn cuối.

Trước khi cắt dụng cụ cuối cùng

• CTQ được xác định bằng các mốc chuẩn và phương pháp đo; các bề mặt không phải CTQ được phép rõ ràng được giả mạo.
• Chiến lược dự thảo và phi lê được xem xét; đường chia tay và quyền truy cập cắt đã được xác nhận.
• Thông số kỹ thuật vật liệu bao gồm các cân nhắc về khả năng định hình cho lộ trình rèn dự định.

Trong quá trình thử nghiệm

• Đo lường mức đóng/không khớp và các CTQ chính trên nhiều lần truy cập chứ không chỉ một mẫu duy nhất.
• Xác nhận độ lặp lại cắt tỉa; kiểm tra các gờ/cuộn qua có thể ảnh hưởng đến việc lắp ráp.
• Nếu bộ truyền động độ dày/độ phẳng hoạt động, hãy sớm xác nhận hiệu suất đúc/định cỡ.

Đang sản xuất

• Xác định giới hạn hao mòn và kích hoạt làm lại khuôn; đừng đợi khách hàng trốn thoát để điều chỉnh sự trôi dạt.
• Sử dụng các hoạt động kiểm tra trong quá trình gắn liền với CTQ (không chỉ kiểm tra trực quan) và giữ một kế hoạch phản ứng đơn giản khi giá trị có xu hướng.
• Tách riêng các thùng “được rèn có thể chấp nhận được” khỏi các thùng “cần hoàn thiện” để tránh việc làm lại không cần thiết.

Điểm mấu chốt: rèn các bộ phận nhỏ thành công khi thiết kế để rèn (bản nháp, bán kính, chia cắt, trang trí) được coi là một phần của kỹ thuật và khi định cỡ/đúc và kiểm tra được sử dụng một cách chiến lược để kiểm soát CTQ mà không gia công quá mức toàn bộ thành phần.