Накратко

Гофрирането при метално штамповане се дължи основно на компресионни обиколни напрежения във фланцевата зона, когато диаметърът на заготовката се намалява до диаметъра на купата. Когато материала не може да се компресира в себе си, той избухва (изкривява).

Най-ефективният метод за предотвратяване е прилагането на правилното Сила на държача на заготовката (BHF) за ограничаване на потока от материал, без да причинява разкъсване. При стомана налягането от около 2,5 N/mm² е стандартната база. Второстепенните мерки включват използването на изтеглящи ребра за механично ограничаване на потока в сложни области и осигуряване, че радиуси на матрицата са оптимизирани (не твърде големи), за да се поддържа напрежението. Операторите трябва да дават приоритет на балансирането на устойчивостта към поток спрямо граничното теглене (LDR) на материала.

Физиката на гофрирането: Защо метала се изкривява

За да се предотврати ефективно образуването на гънки, инженерите първо трябва да разберат механизма на компресионна нестабилност при дълбокото изтегляне плоска заготовка се трансформира в триизмерна форма. Докато материала се движи от външния ръб на заготовката към кухината на матрицата, периметърът ѝ намалява. Това свиване принуждава материала да се компресира тангенциално (хоризонтално напрежение). Ако това компресионно напрежение надвиши критичното напрежение за огъване на материала, металът се вълнува или сгъва, образувайки гънки.

Този феномен се управлява от Гранично отношение на изтегляне (LDR) —връзката между диаметъра на заготовката и диаметъра на пуансона. Когато заготовката е твърде голяма спрямо пуансона, количеството материал, което се „събира“ във фланеца, става неуправляемо, което води до сериозно уедебеляване. Ако зазоринът между повърхността на матрицата и държача на заготовката не се контролира стриктно, за да се компенсира това уедебеляване (обикновено се допуска само 10-20% зазор над номиналната дебелина), материала ще се огъне в празното пространство.

Образуването на гънки се проявява в два основни вида: Гофриране на фланеца (Първи ред), което възниква в зоната под стегалната плоча, и Гофриране на страничната стена (Втори ред), което се появява в неподдържаната област между радиуса на матрицата и радиуса на пуансона. Определянето на мястото, където започва гофрирането, е първата стъпка при диагностицирането: гофрирането на фланеца сочи към недостатъчно налягане на стегалната плоча, докато гофрирането на стената често показва твърде големи радиуси на матрицата или лошо прилягане на материала.

Основно решение: Оптимизиране на силата на държача на заготовката (BHF)

The Държач на заготовката (или стегална плоча) е основният контролен параметър за предотвратяване на гофриране. Неговата функция е да прилага достатъчно налягане върху фланеца, за да се потисне огъването, като същевременно позволява на материала да се деформира в матрицата. Ако налягането е твърде ниско, възникват гънки; ако е твърде високо, материала се разкъсва (пуква), защото не може да се деформира.

Според отрасловите стандарти, необходимото специфично налягане варира значително в зависимост от типа материал. Практическо правило за първоначална настройка е:

• Стомана: ~2,5 N/мм²
• Медни сплавове: 2,0 – 2,4 N/мм²
• Алуминиеви сплави: 1,2 – 1,5 N/мм²

Инженерите трябва да изчислят необходимата сила въз основа на проектираната площ на фланеца под халката. Препоръчително е да се добави коефициент на сигурност от приблизително 30% към това изчисление по време на фазата на проектиране, тъй като е по-лесно да се намали налягането в пресата, отколкото да се генерира повече сила, отколкото позволява конструкцията.

За сложни части често равномерното налягане е недостатъчно. Напреднали конфигурации използват системи с променливо налягане (хидравлични или въздушни възглавници), които могат да регулират силата по цялата дължина на хода — прилагайки високо налягане в началото, за да зададат фланеца, и намалявайки го, докато частта се задълбочава, за да се предпази от скъсване. Използването на отстояния oR равнищни блокове (спирателни блокове) е от решаващо значение за поддържане на прецизен зазор, който е малко по-дебел от материала, осигурявайки, че халката няма просто да смачка листа, а да го задържи.

Контроли на инструмалната конструкция: Изтеглящи ребра и радиуси

Когато налягането само по себе си не може да контролира потока на материала — често срещан случай при несиметрични автомобилни части — изтеглящи ребра са необходимото инженерно решение. Напречните гребени са издадени ребра върху прихващащия фланец, които принуждават материала да се огъва и разгъва, преди да навлезе в кухината на матрицата. Това механично действие създава удерживаща сила, независима от триенето, позволявайки прецизен локален контрол на теча.

Геометрията на радиуса на матрицата също е от решаващо значение. Твърде малък радиус ограничава теча и причинява пукане, докато прекалено голям радиус твърде голям намалява контактната повърхност и ефективното напрежение върху фланеца, което насърчава материала да тече твърде свободно и образува гънки. Радиусът на матрицата трябва да бъде напълно полиран и геометрично точен, за да се поддържа „оптималната точка“ на напрежение.

Освен това има значение и огъваемостта на инструмента. Ако матричната плоча не е достатъчно дебел, може да се деформира под налягане, което води до неравномерно разпределение на налягането. Ръководните щифтове трябва да са достатъчно здрави, за да предотвратят всякакво странично движение на горната и долната част на инструмента, което би довело до непоследователни зазори и локално гънкане.

Процесни параметри: Смазване и избор на материал

Триенето е с две остриета при дълбокото изтегляне. Въпреки че смазване е задължително за предотвратяване на залепване и пукане, прекомерната смазваемост (твърде голямо плъзгане) всъщност може да влоши набраздаването ако силата на притискане (BHF) не бъде увеличена, за да компенсира това. Материалът се деформира толкова лесно, че устремителят не може да създаде достатъчно триене, за да спре огъващите сили. Уверете се, че смазката се нанася равномерно и че дюзите са фиксирани на място.

Материални свойства също определят работния диапазон на процеса. При приложения с неръждаема стомана, замяната на стандартната 304с 304L може значително да подобри формируемостта. 304L има по-ниска граница на пластичност (приблизително 35 KSI спрямо 42 KSI за 304), което означава, че съпротивата й към деформация е по-малка и затвърдяването й е по-бавно, намалявайки силата, необходима за запазване на равнинността. Винаги проверявайте суровината да бъде обозначена като "Deep Draw Quality" (DDQ), за да се минимизира анизотропията.

Дори с идеален дизайн, физическата възможност на вашия производствен партньор е ограничаващ фактор. За високотомашинни автокомпоненти като ръчки на управление или подрамки, точността е задължителна. Производители като Shaoyi Metal Technology използват преси с мощност до 600 тона и сертифициране по IATF 16949, за да преодолеят разликата между бързо прототипиране и масово производство. Партньорство със специализант осигурява, че теоретичните изчисления за BHF се покриват с реалните възможности на оборудването, предотвратявайки дефекти преди да достигнат производствената линия.

Чеклист за отстраняване на неизправности: Поетапен протокол

Когато се появят гънки на производствената линия, следвайте този системен диагностичен процес, за да се установи основната причина:

1. Проверете пресата: Потърсете износени гибсове или не-паралелизъм на буталото. Ако буталото не се спуска правилно, разпределението на налягане ще бъде неравномерно.
2. Проверете спецификациите на материала: Дали дебелината на материала е последователна? Измерете ръба на койлата; дори вариации от 0,003 инча могат да повлияят на зазорината на щифта.
3. Проверете разпорките: Настройката на ограничителните блокове осигурява ли правилния отвор? Ако те са износени или разхлабени, държачът на листовия материал може да достига дъно, преди да приложи сила към ламарината.
4. Постепенно регулиране на силата на държача: Увеличавайте постепенно силата на държача. Ако гофрирането продължава, но започне пукане, това означава, че сте прекалено стеснили технологичния процес – обърнете внимание на промени във формата на тегловите ребра или в смазването.
5. Проверка на смазването: Проверете дали сместа за смазване е твърде концентрирана или нанесена прекалено обилно в областта на фланеца.
6. Изследване на повърхността на инструмента: Потърсете следи от залепване (адхезивен износ) по тегловите ребра или радиуси, които биха могли да причиняват неравномерно триене.

Управление на деформационния поток

Предотвратяването на гофриране не се заключава в елиминирането на силата, а в прецизното й управляване. Това изисква холистичен подход, който балансира физиката на обиколковото напрежение спрямо инженерните параметри като сила на държача, геометрия на инструмента и избора на материала. Като разглеждат процеса на штамповане като система от взаимодействащи променливи, а не като изолирани стъпки, производителите могат да постигнат последователно качествени, безгрешни дълбоко штампувани детайли.

Успехът е в детайлите: прецизното изчисление на налягането в N/mm², стратегичното разположение на протягащите ребра и дисциплината за поддържане на условията на пресата и инструмента. С тези контролни мерки дори най-сложните геометрии могат да бъдат формирани надеждно.

Често задавани въпроси

1. Как изчислявам правилната сила на държача на заготовката?

Базовото изчисление включва умножаване на площта на фланеца (под стегалото) по специфичното налягане, необходимо за материала. За мека стомана използвайте приблизително 2,5 N/mm² (MPa). Винаги добавяйте резервен маржин (напр. +30%) към изискванията за капацитет на пресата, за да има възможност за корекции по време на пробата.

2. Може ли прекалено много смазване да причини набраздаване?

Да. Смазката намалява триенето, което е една от силите, ограничаващи теча на материала. Ако трието намалее значително, без съответно увеличение на силата на държача на заготовката, материалът може да навлиза твърде свободно в матрицата, което води до огъване и набраздаване.

3. Каква е разликата между набраздаване и скъсване?

Угъването и разкъсването са противоположни видове повреди. Угъването се причинява от излишно компресиране и недостатъчно ограничение на течението (слаб материал). Разкъсването (пукане) се причинява от излишно напрежение и твърде голямо ограничение на течението (напрегнат материал). Целта на штамповчика е да намери "процесния прозорец" между тези два дефекта.