Глубокая вытяжка - это процесс формования листового металла, при котором заготовка из листового металла втягивается радиально в формовочную матрицу за счет механического воздействия пуансона. [1] Таким образом, это процесс преобразования формы с сохранением материала. Процесс вытяжки считается «глубоким», когда глубина нарисованной детали превышает ее диаметр. Это достигается путем перерисовки детали через серию штампов. Область фланца (листовой металл в области уступа штампа) испытывает радиальное напряжение растяжения и касательное напряжение сжатия из-за способности удерживать материал. Эти сжимающие напряжения ( кольцевые напряжения) приводят к складкам фланца (морщинам первого порядка). Морщины можно предотвратить, используя держатель для заготовок, функция которого заключается в облегчении контролируемого потока материала по радиусу матрицы.
Процесс
Общая нагрузка на волочение состоит из идеальной формовочной нагрузки и дополнительной составляющей для компенсации трения в контактирующих областях области фланца и изгибающих сил, а также изгибающих сил на радиусе матрицы. Формирующая нагрузка передается от радиуса пуансона через стенку вытянутой детали в область деформации (фланец из листового металла). В стенке вытянутой детали, которая контактирует с пуансоном, кольцевая деформация равна нулю, в результате чего достигается условие плоской деформации . На самом деле в большинстве случаев состояние деформации лишь приблизительно плоское. Из-за растягивающих сил, действующих в стенке детали, утонение стенки заметно и приводит к неравномерной толщине стенки детали, так что толщина стенки детали самая низкая в точке, где стенка детали теряет контакт с пуансоном, т. Е. На радиусе пуансона. .
Толщина самой тонкой детали определяет максимальное напряжение, которое может быть передано в очаг деформации. Из-за постоянства объема материала фланец утолщается и приводит к контакту держателя заготовки на внешней границе, а не на всей поверхности. Максимальное напряжение, которое может безопасно передаваться от пуансона к заготовке, устанавливает предел максимального размера заготовки (начальный диаметр заготовки в случае осесимметричных заготовок). Показателем формуемости материала является предельный коэффициент вытяжки (LDR), определяемый как отношение максимального диаметра заготовки, которую можно безопасно втягивать в чашку без фланца, к диаметру пуансона. Определение LDR для сложных компонентов затруднено, и поэтому деталь проверяется на наличие критических областей, для которых возможно приближение. Во время сильной глубокой вытяжки материал деформируется, и может потребоваться отжиг деталей в сушильных шкафах с контролируемой атмосферой, чтобы восстановить первоначальную эластичность материала.
Коммерческое применение этого процесса формовки металла часто связано со сложной геометрией с прямыми сторонами и радиусами. В таком случае термин штамповка используется для того, чтобы различать компоненты глубокой вытяжки (радиальное растяжение - тангенциальное сжатие) и компоненты растяжения и изгиба (по прямым сторонам). Глубокая вытяжка всегда сопровождается другими методами формования в прессе. Эти другие методы формования включают: [2]
- Заливка: материал смещается для создания кольца большего или меньшего диаметра, превышающего исходный диаметр корпуса детали, что часто используется для создания седел уплотнительных колец.
- Пробивка снизу: из вытянутой части вырезается круглая или фигурная часть металла.
- Выпуклость: в процессе выпуклости часть диаметра детали вынуждена выступать из окружающей геометрии.
- Чеканка: материал перемещается, чтобы сформировать определенные формы в детали. Обычно глубина чеканки не должна превышать 30% толщины материала.
- Скручивание: металл прокатывают под фильерой для завивки, чтобы получить скрученный край.
- Экструзия: после пробивки пилотного отверстия через него проталкивается пуансон большего диаметра, в результате чего металл расширяется и увеличивается в длину.
- Глажка / утончение стен: глажение - это процесс уменьшения толщины стенок деталей. Обычно глубина глажки не должна превышать 30% толщины материала.
- Сужение: часть детали уменьшается в диаметре до меньшего, чем основной диаметр.
- Насечка: вырез делается на открытом конце детали. Эта выемка может быть круглой, квадратной или фигурной.
- Формирование ребра: Формирование ребра включает создание выступающего внутрь или наружу ребра в процессе рисования.
- Боковая пробивка: в боковой стенке вытянутой детали пробиваются отверстия. Отверстия могут быть круглыми или иметь форму в соответствии со спецификациями.
- Штамп / маркировка: этот процесс обычно используется для обозначения детали, такой как номер детали или идентификация поставщика.
- Заправка резьбы: с помощью колеса и оправки резьба формируется в деталь. Таким образом, на штамповочном прессе можно изготавливать резьбовые детали.
- Обрезка: в процессе обрезки лишний металл, необходимый для вытяжки детали, отрезается от готовой детали.
Часто компоненты частично вытягиваются глубокой вытяжкой, чтобы создать серию диаметров по всему компоненту (как на изображении линии глубокой вытяжки). Обычно этот процесс рассматривают как экономичную альтернативу точеным деталям, для которых требуется гораздо больше сырья.
Последовательность компонентов глубокой вытяжки называется «линией глубокой вытяжки». Количество компонентов, образующих линию глубокой вытяжки, определяется количеством «станций», имеющихся в печатной машине. В случае механических прессов это определяется количеством кулачков на верхнем валу.
Для высокоточного массового производства всегда рекомендуется использовать трансферный пресс, также известный как пресс с проушиной. Преимущество этого типа пресса по сравнению с обычными прогрессивными прессами состоит в том, что детали переносятся с одной матрицы на другую с помощью так называемых «пальцев». Пальцы не только перемещают детали, но и направляют компонент во время процесса. Это позволяет вытягивать детали на самую большую глубину с минимальными допусками.
Другие типы прессов: [3]
- Пресс для переноса штампа: деталь перемещается через пальцы переноса по мере продвижения детали в процессе формования. Компоненты оснастки, прикрепленные к плитам штампа, позволяют установить штамп в пресс как одно целое.
- ICOP (пресс с индивидуальным кулачковым приводом): деталь перемещается через пальцы передачи по мере продвижения детали в процессе формования. Компоненты штампа устанавливаются в пресс по очереди.
- Прогрессивный штамповочный пресс: деталь держится на стальной ленте в процессе формовки.
Вариации
Глубокая вытяжка подразделяется на обычную и нетрадиционную . Основная цель любого нетрадиционного процесса глубокой вытяжки - расширить пределы формуемости процесса. Некоторые из нетрадиционных процессов включают в себя глубокую гидромеханическую вытяжку, процесс гидроформ, процесс Aquadraw, процесс Герена, процесс Marform и процесс глубокой гидравлической вытяжки и многие другие.
Например, процесс Marform работает по принципу техники формования резиновых подушек. Могут быть выполнены детали с глубоким углублением как с вертикальными, так и с наклонными стенками. В этом типе штамповки штамповочная оснастка использует резиновую подушку в качестве одной половины инструмента и твердую половину инструмента, аналогичную штампу в обычном штампе, для придания компоненту его окончательной формы. Плашки изготавливаются из литых легких сплавов, а резиновая прокладка в 1,5-2 раза толще, чем формируемая деталь. Для марформинга прессы простого действия оснащены подушками для штампов и держателями для заготовок. Заготовка удерживается на резиновой подушке держателем для заготовки, через который действует пуансон, как при обычной глубокой вытяжке. Это устройство двойного действия: сначала плунжер скользит вниз, затем перемещается держатель заготовки: эта особенность позволяет ему выполнять глубокие чертежи (30-40% поперечного размера) без складок. [4] [5] [6] [7] [8]
Промышленное использование процессов глубокой вытяжки включает автомобильные кузова и конструктивные детали, компоненты самолетов, посуду и бытовую технику. Сложные детали обычно формуются с использованием прогрессивных штампов на одном формовочном прессе или с использованием прессовой линии.
Материалы заготовки и требования к мощности
Более мягкие материалы гораздо легче деформировать, поэтому для их вытягивания требуется меньше усилий. Ниже приведена таблица, демонстрирующая уменьшение силы вытяжки в процентах для обычно используемых материалов.
Материал | Снижение в процентах | |||
---|---|---|---|---|
39% | 43% | 47% | 50% | |
Алюминий | 88 | 101 | 113 | 126 |
Латунь | 117 | 134 | 151 | 168 |
Холоднокатаная сталь | 127 | 145 | 163 | 181 |
Нержавеющая сталь | 166 | 190 | 214 | 238 |
Инструментальные материалы
Пуансоны и матрицы обычно изготавливаются из инструментальной стали , однако более дешевая (но более мягкая) углеродистая сталь иногда используется в менее тяжелых условиях. Также часто используются цементированные карбиды, которые обладают высокой износостойкостью и абразивной стойкостью. Легированные стали обычно используются для выталкивающей системы, которая выбрасывает деталь, а также в прочных и жаропрочных держателях заготовок. [10]
Смазка и охлаждение
Смазочные материалы используются для уменьшения трения между рабочим материалом и пуансоном и матрицей. Они также помогают снять деталь с пуансона. Некоторыми примерами смазочных материалов, используемых при волочении, являются эмульсии для тяжелых условий эксплуатации, фосфаты, белый свинец и восковые пленки. Пластиковая пленка, покрывающая обе стороны детали при использовании смазки, оставляет деталь с тонкой поверхностью.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ DIN 8584-3
- ^ «Процесс глубокой вытяжки для прецизионных металлических компонентов» .
- ^ Trans-Matic Manufacturing Co. "Прессы для глубокой вытяжки" . Архивировано из оригинала 8 февраля 2014 года . Проверено 20 января 2014 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ Тоттен, Funatani & Xie 2004 , стр. 30
- ^ Нараянан и др. 2006 , стр. 306
- ^ Wick & Veilleux 1984 , стр. 5-78
- ^ Сала 2001
- ^ Morovvati, Mollaei-Dariani и Asadian-Ardakani 2010 , стр. 1738-1747
- Перейти ↑ Todd, Allen & Alting 1994 , p. 288.
- Перейти ↑ Todd, Allen & Alting 1994
Библиография
- Narayanan, S .; Кумар, К. Гокул; Редди, К. Джанардхан; Куппан, П. (2006), CAD / CAM Робототехника и заводы будущего: 22-я международная конференция , Alpha Science International Ltd., ISBN 978-81-7319-792-5
- Sala, Джузеппе (июнь 2001 г.), "Численный и экспериментальный подход для оптимизации листовой штамповки технологии: Часть II - алюминиевые сплавы каучука , образующие", материалы и конструкции , 22 (4): 299-315, DOI : 10.1016 / S0261-3069 (00) 00088-1
- Мороввати, MR; Mollaei-Dariani, B .; Асадиан-Ардакани, MH (2010), «Теоретическое, численное и экспериментальное исследование пластической складки круглого двухслойного листового металла при глубокой вытяжке», Journal of Materials Processing Technology , 210 (13): 1738–1747, doi : 10.1016 / j.jmatprotec.2010.06.004
- Тодд, Роберт; Аллен, Делл К .; Алтинг, Лео (1994), Справочное руководство по производственным процессам , Нью-Йорк: Industrial Press Inc., ISBN 978-0-8311-3049-7
- Тоттен, Джордж Э .; Фунатани, Киёси; Се, Линь (2004), Справочник по проектированию металлургических процессов , CRC Press, ISBN 978-0-8247-4106-8
- Вик, Чарльз; Вейле, Р. (1984), Справочник инженера по инструментам и производству: Формование , 2 , SME, ISBN 978-0-87263-135-9