Głębokie rysowanie - Deep drawing

Przykład głęboko tłoczonej części

Głębokie tłoczenie to proces formowania blachy , w którym półwyrób z blachy jest promieniowo wciągany do matrycy formującej w wyniku mechanicznego działania stempla. Jest to zatem proces przekształcania kształtu z zachowaniem materiału. Proces ten jest traktowany jako „głęboki”, gdy głębokość wyciąganej części przekracza jej średnicę. Osiąga się to poprzez przerysowanie części za pomocą serii matryc. Obszar kołnierza (blacha w obszarze kołnierza matrycy) podlega promieniowemu naprężeniu ciągnionemu i stycznemu naprężeniu ściskającemu z powodu właściwości zatrzymywania materiału. Te naprężenia ściskające (naprężenia obwodowe ) powodują zmarszczki kołnierza (zmarszczki pierwszego rzędu). Zmarszczkom można zapobiec stosując uchwyt półfabrykatu, którego funkcją jest ułatwienie kontrolowanego dopływu materiału do promienia matrycy.

Proces

Całkowite obciążenie ciągnące składa się z idealnego obciążenia formującego i dodatkowej składowej kompensującej tarcie w stykających się obszarach obszaru kołnierza oraz sił zginających, jak również sił niezginających na promieniu matrycy. Obciążenie formujące jest przenoszone z promienia stempla przez ciągnioną ściankę części do obszaru odkształcenia (kołnierz z blachy). W ciągnionej ścianie części, która styka się ze stemplem, odkształcenie obręczy jest zerowe, co oznacza osiągnięcie stanu odkształcenia płaskiego . W rzeczywistości przeważnie stan odkształcenia jest tylko w przybliżeniu płaski. Ze względu na siły rozciągające działające na ściankę części, ścieńczenie ścianki jest znaczące i powoduje nierówną grubość ścianki części, tak że grubość ścianki części jest najmniejsza w punkcie, w którym ścianka części traci kontakt ze stemplem, tj. Na promieniu stempla .

Najcieńsza grubość części określa maksymalne naprężenie, które może zostać przeniesione na strefę odkształcenia. Ze względu na stałość objętości materiału, kołnierz pogrubia się i powoduje styk półfabrykatu raczej na zewnętrznej granicy niż na całej powierzchni. Maksymalne naprężenie, które można bezpiecznie przenieść ze stempla na półfabrykat, wyznacza ograniczenie maksymalnego rozmiaru półwyrobu (początkowa średnica półfabrykatu w przypadku półfabrykatów obrotowo symetrycznych). Wskaźnikiem odkształcalności materiału jest graniczny współczynnik ciągnienia (LDR), definiowany jako stosunek maksymalnej średnicy półfabrykatu, który można bezpiecznie wciągnąć do kielicha bez kołnierza, do średnicy stempla. Określenie LDR dla złożonych komponentów jest trudne, dlatego część jest sprawdzana pod kątem krytycznych obszarów, dla których możliwe jest przybliżenie. Podczas ciężkiego głębokiego tłoczenia materiał utwardza ​​się i może być konieczne wyżarzanie części w piecach z kontrolowaną atmosferą w celu przywrócenia pierwotnej elastyczności materiału.

Komercyjne zastosowania tego procesu kształtowania metalu często obejmują złożone geometrie z prostymi bokami i promieniami. W takim przypadku termin tłoczenie jest używany w celu rozróżnienia elementów tłoczonych głęboko (rozciąganie promieniowe - ściskanie styczne) i rozciąganych i zginanych (wzdłuż prostych boków). Głębokiemu tłoczeniu zawsze towarzyszą inne techniki formowania w prasie. Te inne metody formowania obejmują:

  • Frezowanie: materiał jest przemieszczany, aby utworzyć pierścień o większej lub mniejszej średnicy poza pierwotną średnicą korpusu części, często używany do tworzenia gniazd pierścieni O-ring.
  • Przekłuwanie u dołu: Okrągła lub ukształtowana część metalu jest wycinana z narysowanej części.
  • Wybrzuszanie: w procesie wybrzuszania część średnicy części jest zmuszona do wystawania poza otaczającą geometrię.
  • Wybijanie: materiał jest przemieszczany, aby uformować określone kształty w części. Zwykle wybijanie nie powinno przekraczać głębokości 30% grubości materiału.
  • Curling: Metal jest zwijany pod kostką do curlingu, aby utworzyć zawiniętą krawędź.
  • Wytłaczanie: Po przebiciu otworu pilotowego, przebijany jest stempel o większej średnicy, powodując rozszerzanie się i wydłużanie metalu.
  • Prasowanie / ścienianie ścian: Prasowanie to proces zmniejszania grubości ścian części. Zwykle prasowanie nie powinno przekraczać głębokości 30% grubości materiału.
  • Szyjka: średnica części części jest zmniejszona do mniej niż średnica główna.
  • Nacięcie: wycięcie jest wycinane w otwartym końcu części. To wycięcie może być okrągłe, kwadratowe lub w kształcie.
  • Formowanie żebra: Formowanie żebra polega na tworzeniu wystającego do wewnątrz lub na zewnątrz żebra podczas procesu ciągnienia.
  • Boczne przebijanie: Otwory są przebijane w bocznej ścianie rysowanej części. Otwory mogą być okrągłe lub ukształtowane zgodnie ze specyfikacją.
  • Stemplowanie / znakowanie: Ten proces jest zwykle używany do identyfikacji części, takiej jak numer części lub identyfikacja dostawcy.
  • Gwintowanie: za pomocą koła i trzpienia, gwint jest formowany w część. W ten sposób w prasie do tłoczenia można wytwarzać części gwintowane.
  • Przycinanie: W procesie przycinania nadmiar metalu niezbędny do wyciągnięcia części jest odcinany od gotowej części.

Często elementy są częściowo głęboko tłoczone, aby utworzyć serię średnic w całym elemencie (jak na obrazie linii głębokiego rysowania). Powszechnie uważa się, że ten proces jest oszczędną alternatywą dla części toczonych, które wymagają znacznie więcej surowca.

Przykład głęboko narysowanej linii

Sekwencja głęboko tłoczonych elementów nazywana jest „głęboką linią ciągnienia”. Liczba elementów tworzących linię głębokiego tłoczenia wynika z liczby „stacji” dostępnych w prasie. W przypadku pras mechanicznych decyduje o tym ilość krzywek na górnym wale.

W przypadku produkcji masowych o wysokiej precyzji zawsze zaleca się użycie prasy transferowej, znanej również jako oczkarka. Zaletą tego typu prasy w porównaniu z konwencjonalnymi prasami progresywnymi jest to, że części są przenoszone z jednej matrycy do drugiej za pomocą tak zwanych „palców”. Palce nie tylko przenoszą części, ale również prowadzą element podczas procesu. Pozwala to na wyciąganie części na najgłębsze głębokości z najmniejszymi tolerancjami.

Inne typy pras:

  • Prasa transferowa z matrycą: Część jest przenoszona za pomocą palców przenoszących, gdy część przechodzi przez proces formowania. Elementy oprzyrządowania przymocowane do płyt matrycy umożliwiają zainstalowanie matrycy w prasie jako jednej jednostki.
  • ICOP (Indywidualna prasa sterowana krzywką): Część jest przenoszona za pomocą palców przenoszących, gdy część przechodzi przez proces formowania. Komponenty matrycy są instalowane w jednej stacji prasy na raz.
  • Progresywna prasa matrycowa: Część jest przenoszona na stalowej taśmie w miarę postępu procesu formowania.

Wariacje

Głębokie tłoczenie zostało podzielone na konwencjonalne i niekonwencjonalne głębokie tłoczenie. Głównym celem każdego niekonwencjonalnego procesu głębokiego tłoczenia jest rozszerzenie granic odkształcalności procesu. Niektóre z niekonwencjonalnych procesów obejmują hydromechaniczne głębokie tłoczenie, proces Hydroform, proces Aquadraw, proces Guerin, proces Marform i proces głębokiego tłoczenia hydraulicznego, aby wymienić tylko kilka.

Na przykład proces Marform działa na zasadzie technik formowania podkładek gumowych. Można formować głęboko zagłębione części o ścianach pionowych lub pochyłych. W przypadku tego typu formowania, w matrycy zastosowano gumową podkładkę jako jedną połowę narzędzia i pełną połowę narzędzia, podobnie jak matryca w konwencjonalnym zestawie matryc, w celu uformowania elementu w jego ostateczny kształt. Matryce są wykonane z odlewanych stopów lekkich, a podkładka gumowa jest 1,5-2 razy grubsza niż formowany element. W przypadku Marforming prasy jednostronnego działania są wyposażone w poduszki matrycowe i uchwyty na puste miejsca. Półfabrykat jest dociskany do podkładki gumowej przez uchwyt półfabrykatu, przez który stempel działa jak przy konwencjonalnym głębokim tłoczeniu. Jest to urządzenie o podwójnym działaniu: najpierw suwak zsuwa się w dół, a następnie przesuwa się uchwyt półfabrykatu: ta cecha pozwala na wykonywanie głębokich rysunków (wymiar poprzeczny 30-40%) bez zmarszczek.

Przemysłowe zastosowania procesów głębokiego tłoczenia obejmują karoserie samochodowe i części konstrukcyjne, komponenty samolotów, narzędzia i sprzęt AGD. Złożone części są zwykle formowane za pomocą progresywnych matryc w jednej prasie formującej lub za pomocą linii prasującej.

Materiały obrabiane i zapotrzebowanie na moc

Miękkie materiały są znacznie łatwiejsze do odkształcenia i dlatego wymagają mniejszej siły do ​​ciągnięcia. Poniższa tabela przedstawia siłę ciągnięcia do procentowej redukcji powszechnie stosowanych materiałów.

Siła ciągnienia wymagana dla różnych materiałów i redukcji [kN]
Materiał Procent redukcji
39% 43% 47% 50%
Aluminium 88 101 113 126
Mosiądz 117 134 151 168
Stal walcowana na zimno 127 145 163 181
Stal nierdzewna 166 190 214 238

Materiały narzędziowe

Stemple i matryce są zwykle wykonane ze stali narzędziowej , jednak tańsza (ale bardziej miękka) stal węglowa jest czasami używana w mniej wymagających zastosowaniach. Często spotyka się również węgliki spiekane stosowane tam, gdzie występuje duża odporność na ścieranie i ścieranie. Stale stopowe są zwykle używane w systemie wypychaczy do wyrzucania części oraz w trwałych i odpornych na ciepło uchwytach.

Smarowanie i chłodzenie

Smary są stosowane w celu zmniejszenia tarcia między materiałem roboczym a stemplem i matrycą. Pomagają również w usuwaniu części ze stempla. Niektóre przykłady smarów stosowanych w operacjach ciągnienia to emulsje o dużej wytrzymałości, fosforany, biały ołów i błony woskowe . Plastikowe folie pokrywające obie strony części, gdy są używane ze środkiem poślizgowym, pozostawiają część z delikatną powierzchnią.

Zobacz też

Bibliografia

Bibliografia