Глубокий рисунок

Пример деталей глубокой вытяжки

Глубокая вытяжка — это процесс формовки листового металла , при котором заготовка из листового металла радиально протягивается в формовочную матрицу под действием механического воздействия пуансона. Таким образом, это процесс трансформации формы с сохранением материала. Процесс считается «глубоким» волочением, когда глубина вытягиваемой детали превышает ее диаметр. Это достигается путем перерисовки детали через ряд штампов.

Область фланца (листовой металл в области заплечика матрицы) испытывает радиальное напряжение волочения и касательное сжимающее напряжение из-за свойства удержания материала. Эти сжимающие напряжения ( кольцевые напряжения ) приводят к образованию складок фланца (морщин первого порядка). Морщины можно предотвратить с помощью держателя заготовки, функция которого заключается в облегчении контролируемого потока материала по радиусу матрицы. Прессы глубокой вытяжки, особенно в аэрокосмической и медицинской промышленности, требуют беспрецедентной точности и аккуратности. Листовые гидроформовочные прессы выполняют сложную работу по вытяжке. Размер станины, тоннаж, ход, скорость и т. д. могут быть адаптированы к вашему конкретному виду применения.

Процесс

Общая нагрузка волочения состоит из идеальной формовочной нагрузки и дополнительного компонента для компенсации трения в контактирующих зонах фланцевой области и сил изгиба, а также сил разгибания на радиусе матрицы. Формирующая нагрузка передается от радиуса пуансона через стенку вытянутой детали в область деформации (полку из листового металла). В стенке вытянутой детали, контактирующей с пуансоном, окружная деформация равна нулю, при этом плоской деформации достигается состояние . В действительности в большинстве случаев деформированное состояние лишь приблизительно плоское. Из-за растягивающих сил, действующих на стенку детали, утончение стенки становится заметным и приводит к неравномерной толщине стенки детали, так что толщина стенки детали наименьшая в той 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 зону деформации. Из-за постоянства объема материала фланец утолщается, что приводит к контакту держателя заготовки по внешней границе, а не по всей поверхности. Максимальное напряжение, которое можно безопасно передать от пуансона на заготовку, устанавливает ограничение на максимальный размер заготовки (начальный диаметр заготовки в случае осесимметричных заготовок). Показателем формуемости материала является предельная степень вытяжки (LDR), определяемая как отношение максимального диаметра заготовки, которую можно безопасно вытянуть в чашку без фланца, к диаметру пуансона. Определение LDR для сложных компонентов затруднено, поэтому деталь проверяется на критические области, для которых возможно приближение. Во время сильной глубокой вытяжки материал затвердевает, и может потребоваться отжиг деталей в печах с контролируемой атмосферой, чтобы восстановить первоначальную эластичность материала.

Коммерческое применение этого процесса обработки металлов часто включает в себя изделия сложной геометрии с прямыми сторонами и радиусами. В таком случае термин штамповка используется для того, чтобы различать компоненты глубокой вытяжки (радиальное растяжение-тангенциальное сжатие) и растяжение и изгиб (вдоль прямых сторон). Глубокая вытяжка всегда сопровождается другими методами формования в прессе. Эти другие методы формирования включают в себя:

• Накатывание: материал смещается для создания кольца из материала большего или меньшего диаметра, превышающего исходный диаметр корпуса детали, что часто используется для создания седел для уплотнительных колец.
• Нижняя прошивка: из вытянутой части вырезается круглая или фигурная часть металла.
• Выпучивание: в процессе выпуклости часть диаметра детали вынуждена выступать из окружающей геометрии.
• Чеканка: материал перемещается, образуя в детали определенные формы. Обычно чеканка не должна превышать глубину 30% толщины материала.
• Завивка: металл прокатывается под щипцами для завивки, чтобы создать закругленный край.
• Экструдирование: после того, как пилотное отверстие проколото, через него проталкивается пуансон большего диаметра, в результате чего металл расширяется и увеличивается в длину.
• Глажка/утоньшение стенок: Глажка — это процесс уменьшения толщины стенок деталей. Обычно глубина глажки не должна превышать 30% толщины материала.
• Образование шейки: часть детали уменьшается в диаметре до величины меньше основного диаметра.
• Выемка: на открытом конце детали вырезается выемка. Эта выемка может быть круглой, квадратной или фигурной.
• Формирование ребер. Формирование ребер включает в себя создание выступающих внутрь или наружу ребер в процессе рисования.
• Боковая прошивка: в боковой стенке вытянутой детали прокалываются отверстия. Отверстия могут быть круглыми или иметь форму в соответствии со спецификациями.
• Штамповка/маркировка: этот процесс обычно используется для идентификации детали, например номера детали или идентификации поставщика.
• Нарезание резьбы: с помощью колеса и оправки в детали формируют резьбу. Таким образом, на штамповочном прессе можно изготавливать резьбовые детали.
• Обрезка: в процессе обрезки лишний металл, необходимый для вытягивания детали, отрезается от готовой детали.

Часто компоненты частично подвергаются глубокой вытяжке, чтобы создать ряд диаметров по всему компоненту (как на изображении линии глубокой вытяжки). Обычно этот процесс рассматривают как экономичную альтернативу токарным деталям, для которых требуется гораздо больше сырья.

Пример глубокой линии

Последовательность компонентов глубокой вытяжки называется «линией глубокой вытяжки». Количество компонентов, образующих линию глубокой вытяжки, определяется количеством «станций», имеющихся в прессе. В случае механических прессов это определяется количеством кулачков на верхнем валу.

Для массового производства с высокой точностью 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 их во время процесса. Это позволяет вытягивать детали на самую большую глубину с самыми жесткими допусками.

Другие типы прессов:

• Пресс для переноса штампов: деталь перемещается с помощью переносных пальцев по мере прохождения детали через процесс формования. Компоненты оснастки, прикрепленные к пластинам матрицы, позволяют устанавливать матрицу в пресс как единое целое.
• ICOP (пресс с индивидуальным кулачковым управлением): деталь перемещается с помощью передаточных пальцев по мере прохождения детали через процесс формования. Компоненты матрицы устанавливаются в пресс по одной станции за раз.
• Прогрессивный штамповый пресс: деталь перемещается по стальной ленте по мере прохождения процесса формования.

Вариации

Глубокая вытяжка подразделяется на традиционную и нетрадиционную глубокую вытяжку. Основная цель любого нетрадиционного процесса глубокой вытяжки — расширить пределы формуемости этого процесса. Некоторые из нетрадиционных процессов включают гидромеханическую глубокую вытяжку, процесс Hydroform, процесс Aquadraw, процесс Герена, процесс Marform и процесс гидравлической глубокой вытяжки, и это лишь некоторые из них.

Например, процесс Marform основан на технологии формования резиновых подушек . Могут быть сформированы глубокоутопленные детали как с вертикальными, так и с наклонными стенками. При этом типе формовки в штамповочном станке используется резиновая прокладка в качестве одной половины инструмента и сплошная половина инструмента, аналогично матрице в обычном наборе штампов, для придания компоненту окончательной формы. Матрицы изготавливаются из литых легких сплавов, а резиновая подушка в 1,5-2 раза толще формуемой детали. Для Marforming прессы одинарного действия оснащены подушками матрицы и держателями заготовок. Заготовка удерживается на резиновой подушке с помощью держателя заготовки, через который действует пуансон, как при обычной глубокой вытяжке. Это аппарат двойного действия: сначала опускается плунжер, затем перемещается держатель заготовки: эта особенность позволяет выполнять глубокие вытяжки (30-40% поперечного размера) без складок.

Промышленное использование процессов глубокой вытяжки включает автомобильные кузова и конструктивные детали, компоненты самолетов, посуду и бытовую технику. Сложные детали обычно изготавливаются с использованием прогрессивных штампов на одном формовочном прессе или на прессовой линии.

Материалы заготовки и требования к мощности

Мягкие материалы гораздо легче деформировать, и поэтому для их вытягивания требуется меньше усилий. Ниже приведена таблица, показывающая соотношение силы тяги к процентному уменьшению часто используемых материалов.

Усилие тяги, необходимое для различных материалов и обжатий [кН]

Материал	Процентное снижение
	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 в менее тяжелых условиях иногда используется . Также часто можно увидеть цементированные карбиды, используемые там, где присутствует высокая износостойкость и абразивная стойкость. Легированные стали обычно используются в эжекторной системе для выталкивания детали, а также в прочных и термостойких держателях заготовок.

Смазка и охлаждение

Смазочные материалы используются для уменьшения трения между рабочим материалом и пуансоном и штампом. Они также помогают снять деталь с пуансона. Некоторыми примерами смазочных материалов, используемых при волочении, являются сверхпрочные эмульсии, фосфаты, свинцовые белила и восковые пленки. Пластиковые пленки, покрывающие обе стороны детали при использовании со смазкой, сделают поверхность детали чистой.

См. также

• Анализ круговой сетки
• Формирование предельной диаграммы
• Формирование резиновой подушки
• Штамповка (металлообработка)

Ссылки

Библиография

• Нарайанан, С.; Кумар, К. Гокул; Редди, К. Джанардхан; Куппан, П. (2006), CAD/CAM «Робототехника и фабрики будущего: 22-я международная конференция» , Alpha Science International Ltd., ISBN  978-81-7319-792-5
• Сала, Джузеппе (июнь 2001 г.), «Численный и экспериментальный подход к оптимизации технологий листовой штамповки: часть II — формование резины из алюминиевых сплавов», Materials & Design , 22 (4): 299–315, doi : 10.1016/S0261-3069 (00)00088-1
• Мороввати, MR; Моллаи-Дариани, Б.; Асадиан-Ардакани, М.Х. (2010), «Теоретическое, численное и экспериментальное исследование пластического сморщивания круглого двухслойного листового металла при глубокой вытяжке», Журнал Materials Processing Technology , 210 (13): 1738–1747, doi : 10.1016/j.jmatprotec.2010.06.004
• Тодд, Роберт; Аллен, Делл К.; Альтинг, 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; Вейо, Р. (1984), Справочник инженера по инструментам и производству: Формовка , том. 2, МСП, ISBN  978-0-87263-135-9