Spiegazione dell'assemblaggio nello stampo: come lo stampaggio e la giunzione si uniscono in un'unica pressa

Che cos'è l'assemblaggio in-die?

Un produttore di staffe terminali era solito eseguire due operazioni separate: una linea di stampaggio progressiva che formava le staffe e un banco dove gli operatori inserirono dadi autoaggancianti, controllavano l'allineamento e impilavano le parti. Il banco di montaggio rappresentava il collo di bottiglia e la stampa spesso aspettava il lavoro finito. Sostituendo entrambi i passaggi con un unico dado progressivo che inserisce il dado e fissa il metallo circostante chiuso, si riduce di circa la metà il tempo di ciclo totale per staffa finita.

L'assemblaggio nello stampo è la pratica di unire due o più parti, o una parte e un elemento di fissaggio, all'interno dello stampo invece che in un'operazione a valle. A seconda del meccanismo di giunzione, i produttori lo chiamano picchettamento nello stampo, rivettatura nello stampo, clinciatura nello stampo o semplicemente giunzione nello stampo . Qualunque sia il nome, la pressa diventa una macchina di assemblaggio: l'assemblaggio finito lascia lo stampo completo, e lo stampo che controlla la forma del pezzo controlla anche la posizione di ogni elemento inserito.

La regola decisionale è semplice. L'assemblaggio nello stampo offre il suo più grande vantaggio quando i volumi sono elevati, l'assemblaggio rientra in una larghezza pratica della striscia e il giunto può essere realizzato con la duttilità del materiale quando esce dalla bobina. Per la famiglia delle parti giuste, elimina un'intera classe di problemi di movimentazione, allineamento e manodopera.

Come funziona l'assemblaggio nello stampo su uno stampo progressivo

L'assemblaggio nello stampo è quasi sempre realizzato su una piattaforma di stampo progressiva. La striscia avanza attraverso una sequenza di stazioni, ciascuna delle quali esegue un passaggio: perforazione di un foro pilota, disegno di una tasca, rifilatura di un contorno, quindi, nella stazione di assemblaggio, inserimento di un dado, un perno o una parte stampata secondaria nella caratteristica formata. Una stazione successiva fissa, arriccia o ribadisce il metallo circostante in modo che il componente inserito non possa spostarsi, e la stazione finale separa l'assieme completato dalla striscia.

Poiché ogni operazione viene registrata rispetto alla stessa matrice e allo stesso nastro, l'accumulo di tolleranze è molto inferiore rispetto a quando una parte stampata sciolta viene riposizionata in un dispositivo su una macchina di assemblaggio. Anche il sequenziamento delle stazioni differisce tra stampi progressivi e di trasferimento, il che cambia il modo in cui sono organizzate le stazioni di assemblaggio; il confronto tra stampaggio metalli progressivo e transfer spiega entrambe le architetture e i loro limiti.

Picchettamento e rivettatura nello stampo

Lo staking in-die è il meccanismo più comune. Un punzone sposta una piccola porzione della parte stampata sul componente inserito: ad esempio, un dado o un perno viene spinto in una tasca preformata e un punzone picchettante arriccia il bordo della tasca per intrappolarlo. Il picchettamento funziona meglio con i materiali duttili; le parti in acciaio ad alta resistenza o fortemente incrudite potrebbero richiedere un paletto riscaldato o un passaggio alla rivettatura.

La rivettatura e la clinciatura nello stampo formano un giunto meccanico permanente tra due parti in lamiera utilizzando un piccolo set di punzoni e matrici all'interno dell'utensile principale. Nella stazione è possibile inserire un rivetto pieno o semitubolare oppure è possibile ribadire una parte direttamente nell'altra senza alcun elemento di fissaggio. Alcuni stampi integrano anche la saldatura laser per chiudere manicotti, pin di connettore e anelli di cuscinetti formati nelle stazioni precedenti, sebbene la gestione del calore renda questa l'opzione più impegnativa.

I meccanismi possono essere combinati in un unico strumento. La base del telaio di un computer, ad esempio, spesso richiede diversi elementi di fissaggio a pressione in un'unica parte; strumenti come il nostro stampo per rivettatura automatica per basi di computer di grandi dimensioni eseguire più operazioni di rivettatura in una sola corsa della pressa.

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Principali vantaggi dell'assemblaggio nello stampo

Il vantaggio più evidente è che due operazioni, più i relativi buffer e operatori, si riducono in un unico ciclo di stampa. Per le famiglie di pezzi che altrimenti passerebbero attraverso una stazione di rivettatura o di inserimento dado separata, il confronto del tempo di ciclo è inequivocabile.

Risparmio di tempo ciclo di Il 50% o più sono realistici per pezzi di piccole dimensioni e il vantaggio in termini di qualità è spesso più prezioso del risparmio di tempo. Quando il punzone di picchettamento è guidato dallo stesso set di colonne degli strumenti di formatura, l'allineamento che mantiene il contorno della parte mantiene anche il giunto. Non vi è alcun errore di riposizionamento, quindi le posizioni picchettate rimangono alla ripetibilità propria dello stampo invece che alla ripetibilità combinata di un'attrezzatura e di una macchina di assemblaggio separata.

Dal punto di vista dei costi, il compromesso è immediato: lo stampo costa di più e richiede più tempo per essere costruito rispetto a un semplice strumento di tranciatura. Con un volume sufficiente, il costo più elevato degli utensili viene recuperato riducendo la manodopera e l'eliminazione di una macchina di assemblaggio separata. Gli ingegneri della qualità dovrebbero inoltre tenere presente che l'assemblaggio nello stampo elimina completamente il trasferimento delle parti; ogni spostamento verso un altro dispositivo introduce il rischio di danni, sporco o orientamento errato.

Lo stesso principio si applica ai sottoassiemi automobilistici. Stampi progressivi per componenti automobilistici sono disposti con stazioni di assemblaggio, sensori e requisiti di tonnellaggio pianificati fin dalla prima revisione del progetto, quindi il vantaggio è integrato nello strumento anziché aggiunto in seguito.

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Limitazioni e quando ha senso l'assemblaggio nello stampo

L'assemblaggio in-die non è una risposta universale. L'attrezzatura è più complessa, quindi la decisione pratica dipende dal volume, dalla geometria della parte e da come l'impianto già organizza il lavoro di assemblaggio.

Limitazioni chiave

• Complessità degli utensili: le stazioni di assemblaggio aggiungono parti mobili, sensori e tempi di prova più lunghi. Una matrice con stazioni di picchettamento o rivettatura può richiedere il 20-30% in più di tempo per il debug rispetto a una semplice matrice progressiva.
• Velocità di stampa: le stazioni di picchettamento, inserimento e rivettatura funzionano più lentamente della tranciatura pura, in genere 40-60 colpi al minuto per parti medie invece di 100 o più.
• Limiti materiali: il picchettamento richiede duttilità. Il metallo ad alta resistenza o fortemente incrudito può rompersi sul bordo picchettato, costringendo a modificare il design del giunto o la qualità del materiale.
• Vincoli di layout della striscia: le parti di un assieme devono adattarsi e rimanere allineate all'interno di una striscia, il che non è pratico per componenti molto grandi o ingombranti.
• Accesso per la riparazione: una stazione di assemblaggio usurata può richiedere la rimozione dello stampo dalla pressa, quindi sono essenziali inserti di ricambio e procedure di manutenzione chiare.

Quando scegliere l'assemblaggio nello stampo

1. Il volume annuale è sufficientemente elevato da ammortizzare attrezzature complesse. Con pezzi di medie dimensioni, un punto di partenza comune è la domanda di circa 100.000 pezzi all’anno o più.
2. Altrimenti l'assemblaggio necessiterebbe di una stazione dedicata di rivettatura o inserimento dado con un proprio operatore.
3. La posizione del giunto è una dimensione funzionale, come l'altezza di un contatto elettrico o l'allineamento di una cerniera, che deve essere tenuta saldamente parte dopo parte.
4. Il design del prodotto consente l'alimentazione degli elementi di fissaggio dal lato accessibile e lascia spazio per picchettare o rivettare i punzoni.

Considerazioni sulla tolleranza e sulla qualità

Il principale rischio di qualità in un processo di assemblaggio interno allo stampo è un componente mancante o posizionato in modo errato. Un problema di alimentazione che passa inosservato per poche corse della pressa può danneggiare lo stampo, motivo per cui strumenti ben costruiti includono il rilevamento in ogni stazione di assemblaggio: un sensore di dado mancante, una sonda di spostamento sul punzone di picchettamento o un monitor di forza che segnala una giunzione realizzata con lo spessore del materiale sbagliato.

Le tolleranze che contano sono quelle che definiscono l'assemblaggio finale, non il pezzo grezzo. Le posizioni picchettate sono generalmente mantenute a pochi centesimi di millimetro perché il punzone e le superfici di posizionamento si trovano nello stesso set di matrici; la perpendicolarità e la planarità di un elemento di fissaggio inserito rimangono al livello dell'allineamento stesso della matrice. Ciò è importante soprattutto negli alloggiamenti elettronici e nelle parti che trasportano corrente, dove un piccolo errore di posizione diventa un problema di contatto o di isolamento. Le ragioni perché gli stampi elettronici richiedono tolleranze più strette si applicano con ancora più forza quando agli stampi vengono aggiunte stazioni di assemblaggio.

Combinazione dell'assemblaggio nello stampo con l'automazione della linea

Una cella di assemblaggio interna allo stampo raramente funziona da sola. La pressa è alimentata da una linea di bobine, gli assemblaggi completati vengono controllati da sensori e i robot orientano le parti per l'imballaggio o per la successiva operazione di saldatura. Secondo la nostra esperienza, lo stampo e l'automazione che lo circonda dovrebbero essere progettati come un unico sistema: l'alimentazione del nastro, la lubrificazione, il conteggio delle parti e l'eliminazione dei difetti devono tutti corrispondere al passo dello stampo e al tempo di ciclo.

È qui che un produttore di stampi con esperienza nell'automazione crea il massimo valore. Il nostro implementazione dell'automazione dello stampaggio nei progetti recenti ne è un esempio concreto: la progettazione degli stampi, il controllo della pressa e le attrezzature di movimentazione erano coordinati su un'unica sequenza temporale. Attrezzature per l'automazione dello stampaggio come gli alimentatori di bobine, gli impilatori e il rilevamento in macchina possono essere specificati insieme allo stampo fin dall'inizio, evitando così le sorprese in termini di tempo di ciclo e layout che compaiono quando l'automazione viene adattata dopo la costruzione dello strumento.

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Cosa chiedere quando si valuta l'assemblaggio nello stampo

Quando si confronta l'assemblaggio nello stampo con un processo di stampaggio più assemblaggio, basare la decisione su costo totale per parte completata al volume pianificato , non sulle tariffe orarie di stampa. Chiedi al produttore di stampi come viene gestito il rilevamento dei componenti mancanti, quante stazioni sono accessibili per l'impostazione e la riparazione e quale utilizzo di strisce rimane dopo l'aggiunta delle stazioni di assemblaggio. Chiedi anche di vedere uno strumento di assemblaggio simile: la differenza tra una matrice progettata per l'assemblaggio e una matrice per tranciatura con una stazione di rivettatura imbullonata si manifesta in fase di prova e nella manutenzione a lungo termine.

Il punto di partenza pratico è un disegno del pezzo e una previsione del volume. Con questi due documenti, un produttore di stampi può stimare il layout del nastro, il tonnellaggio della pressa e il costo aggiuntivo delle stazioni di assemblaggio. Per le parti che si adattano al processo, l'assemblaggio nello stampo è uno dei modi più affidabili per eliminare l'accumulo di manodopera, movimentazione e tolleranza da un prodotto stampato.