Qual è la differenza tra incisione e stampaggio?

L'incision rimuove il metallo per dissoluzione chimica attraverso una maschera di fotoresist; la stampigliatura lo separa o lo deforma con una pressa e una matrice. Questa singola distinzione decide il bava, lo stress interno, la dimensione minima della caratteristica, lo spessore lavorabile e dove si incrociano le curve di costo — motivo per cui nessuno dei due processi può essere definito migliore in isolamento.

Dove la domanda di solito inizia

Una sottile piastra di acciaio inossidabile arriva sulla scrivania. Un fornitore propone l'incisione, un altro la stampigliatura, e i due preventivi possono differire per un fattore due con tempi di consegna distanti mezzo mese. All'acquirente viene quindi chiesto di scegliere tra due numeri che descrivono processi diversi piuttosto che prezzi diversi.

Un vassoio antigoccia per purificatore d'acqua mostra perché la scelta non è arbitraria. Le aperture disposte in una densa matrice rimuovono così tanto materiale da un pannello sottile che i legamenti rimanenti si distorcono, e la parte emerge dalla pressa deformata — non perché il processo sia fallito, ma perché la geometria ha chiesto più di quanto il processo potesse dare. Chiunque proponga quella parte deve rispondere alla domanda sulla geometria prima di rispondere alla domanda sul prezzo.

Due schemi si ripetono nei programmi che quotiamo. Il primo è una parte che una matrice di stampigliatura può realizzare ma non può realizzare in modo pulito: aperture troppo dense, tolleranza per bave troppo stretta, materiale troppo sottile da tranciare senza distorsione. Il secondo è una parte che l'incisione può realizzare magnificamente e che nessuno vuole pagare a volume, perché il prezzo unitario non scende mai come fa un prezzo stampigliato.

Entrambi gli schemi portano alla stessa conclusione. La domanda utile non è quale processo sia migliore, ma quale vincolo la parte raggiunge per primo.

Uno dissolve il metallo, l'altro lo deforma

L'incisione fotochimica costruisce una parte per sottrazione. Il foglio viene pulito e laminato con fotoresist, esposto attraverso un fotoutensile, sviluppato in modo che il resist rimanga solo dove il metallo dovrebbe sopravvivere, quindi inciso in un bagno chimico che dissolve le aree esposte. La rimozione del resist lascia la geometria finita.

Nessun utensile entra in contatto con il pezzo in nessun punto di questa sequenza. Il metallo viene rimosso come ioni disciolti piuttosto che come trucioli, motivo per cui un bordo inciso non presenta bave, zone indurite per lavorazione o stress residui dalla formatura.

La stampigliatura funziona al contrario. Una pressa spinge una matrice nel foglio, e il materiale si separa lungo il bordo della matrice o fluisce plasticamente nella cavità della matrice. Tranciatura, perforazione, piegatura e imbutitura si basano tutti sulla forza meccanica trasmessa attraverso l'acciaio per utensili.

Il bordo tagliato di una parte stampigliata presenta due artefatti che le parti incise non hanno: una bava su un lato della zona di taglio e uno strato indurito per lavorazione dove il materiale si è deformato prima di fratturarsi. Entrambi sono gestibili — la sbavatura rimuove il primo, e il secondo è solitamente accettabile — ma entrambi richiedono una decisione e spesso un passaggio di processo aggiuntivo. Le proprietà del materiale lontano dal bordo rimangono invariate, verificabili mediante test di trazione secondo ISO 6892-1 su un provino tagliato dallo stesso foglio.

Le tolleranze su entrambi i processi richiedono una base nominata piuttosto che un numero nudo. Le tolleranze generali sono comunemente quotate secondo ISO 2768-1, e un disegno di parte che omette la base lascia al fornitore l'assunzione di una — motivo per cui due preventivi per la stessa parte finiscono per descrivere criteri di accettazione diversi.

Sette dimensioni in cui i due processi divergono

La selezione del processo si basa su sette proprietà, e solo due di esse riguardano il prezzo.

La densità delle caratteristiche è la dimensione che sorprende di più gli acquirenti. Un utensile inciso costa lo stesso sia che il disegno contenga cento fori o diecimila, perché il fotoutensile porta la complessità piuttosto che l'acciaio per utensili. Una matrice di stampigliatura non si comporta così: un punzone abbastanza piccolo per un foro da 0,3 mm è fragile, e i fori ravvicinati più di circa il doppio dello spessore del materiale lasciano troppo poco piano di matrice per supportare il punzone.

L'incisione laterale è il contrappeso sul lato dell'incisione. Il bagno chimico dissolve verso il basso e lateralmente a velocità comparabili, quindi una caratteristica passante risulta leggermente più grande dell'apertura del fotoutensile e una caratteristica profonda leggermente più larga in alto che alla base. Le tolleranze di progettazione assorbono questo su materiale sottile; su sezioni più spesse diventa il fattore limitante.

Spessore e dimensione della caratteristica decidono prima del costo

Quattro domande risolvono la maggior parte delle selezioni di processo, e il costo è l'ultima di esse.

• Spessore del materiale.L'incisione mantiene il suo vantaggio su materiale sottile e lo perde all'aumentare dello spessore, dove l'incisione laterale e il tempo di permanenza nel bagno erodono sia la precisione che la produttività. La stampigliatura non ha un soffitto di spessore equivalente all'estremità sottile — una matrice progressiva trancerà acciaio da 0,2 mm — ma il materiale sottile si distorce più facilmente sotto la rimozione e la manipolazione, quindi l'utensile deve essere costruito attorno a quella realtà.
• Caratteristica minima e passo.Un foro più piccolo del punzone che lo formerebbe non può essere stampigliato, e i fori ravvicinati più di quanto la matrice possa supportare non possono essere stampigliati. L'incisione non ha punzoni da rompere né piani di matrice da preservare, motivo per cui micro-retine, filtri e array perforati migrano quasi automaticamente verso processi chimici.
• Se la parte lascia il piano.L'incisione produce geometria planare; piegatura, imbutitura e flangiatura sono operazioni successive se avvengono. Una parte che necessita di un canale formato, un guscio imbutito o una flangia piegata è una parte stampigliata prima che si applichi qualsiasi altra considerazione.
• Volume.Una volta definita la geometria, la quantità annuale decide quale struttura dei costi vince.

Ordinare le domande in questo modo previene l'errore di approvvigionamento più comune: scegliere un processo in base al prezzo e poi scoprire che la parte non può mantenere la sua tolleranza in quel processo.

Dove si incrociano le curve di costo

La stampigliatura anticipa i suoi costi negli utensili. Una matrice progressiva di precisione comporta un costo di attrezzaggio considerevole e un tempo di consegna misurato in settimane, e dopo di ciò il prezzo unitario è basso e diminuisce con il volume, con una durata della matrice comunemente stimata a 300.000 corse prima della revisione. La stampigliatura vince su qualsiasi programma in cui la geometria è stabile e il volume annuale è elevato.

L'incisione anticipa quasi nulla. Non c'è una matrice d'acciaio da tagliare; il disegno vive in un fotoutensile, motivo per cui una modifica del disegno costa una revisione del file piuttosto che una ricostruzione dell'utensile, e perché i primi campioni arrivano in giorni piuttosto che in settimane. L'incisione comporta anche il consumo chimico e il trattamento degli effluenti come costi correnti, e questi non si riducono in modo così netto come una matrice.

Le due curve si incrociano quindi da qualche parte nel mezzo della gamma di volumi, e il punto di incrocio si sposta con la complessità della parte. Una semplice staffa si incrocia presto — l'attrezzaggio si ammortizza su un volume modesto e la stampigliatura vince rapidamente. Una parte con diecimila fori si incrocia molto più tardi, perché la matrice di stampigliatura che potrebbe realizzarla è costosa, fragile e lenta da costruire, mentre la parte incisa costa quasi quanto una semplice.

I programmi che combinano entrambi i processi di solito si dividono per parte piuttosto che per fase: la staffa strutturale è stampigliata, la rete perforata accanto ad essa è incisa, ed entrambe arrivano alla stessa cella di assemblaggio.

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FAQ

L'incisione può sostituire la stampigliatura per parti sottili? 

Parzialmente. L'incisione gestisce materiale sottile e caratteristiche dense che una matrice non può, ma produce geometria planare — qualsiasi parte che necessita di una piega, imbutitura o flangia ritorna alla stampigliatura per tale operazione. Le parti sottili con caratteristiche formate sono solitamente stampigliate; le parti sottili con perforazioni sono solitamente incise.

Quale processo mantiene una tolleranza più stretta? 

L'incisione mantiene una tolleranza più stretta su caratteristiche dense e fini perché la registrazione del fotoutensile è coerente su tutto il foglio, mentre la tolleranza stampigliata dipende dalla precisione della matrice, dal gioco di taglio e dal ritorno elastico. La stampigliatura mantiene una tolleranza più stretta su caratteristiche formate, dove l'incisione non ha alcuna capacità.

A quale volume la stampigliatura diventa la via più economica? 

La stampigliatura vince una volta che il costo della matrice si ammortizza, e l'incrocio dipende dalla complessità piuttosto che da una quantità fissa — una semplice staffa si incrocia a basso volume, una parte pesantemente perforata potrebbe non incrociarsi mai. La durata della matrice stimata a 300.000 corse stabilisce il limite pratico per un singolo utensile.

Una parte può utilizzare entrambi i processi? 

Sì, ed è comune. Un pannello perforato viene inciso per la rete e poi stampigliato o piegato per le sue caratteristiche di montaggio, o un telaio stampigliato viene abbinato a una rete incisa nella stessa assemblaggio. La divisione per caratteristica piuttosto che per parte spesso produce il costo totale più basso.

La stampigliatura può produrre parti prive di bave? 

La stampigliatura lascia una bava sul bordo di taglio per natura. Può essere controllata attraverso il gioco della matrice e le condizioni dell'utensile, e rimossa mediante sbavatura, burattatura o tranciatura fine — ma la bava ha origine nel processo, mentre un bordo inciso non ne ha da rimuovere.

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