Základní principy návrhu dokonalých tažných nástrojů

SHRNUTÍ

Tažná matrice je specializovaný nástroj, který tvaruje plochý plech na dutou třírozměrnou součást bez švu. Funguje tak, že pístem protahuje kov do dutiny matrice, zatímco přidržovač polotovaru kontroluje pohyb materiálu. Úspěšný návrh závisí na přesném řízení toku kovu optimalizací klíčových faktorů, jako jsou vlastnosti materiálu, tažnost, mazání, tlak přidržovače a poloměry matrice, aby se předešlo vadám, jako je vrásení, trhání nebo lomy.

Porozumění základům hlubokého tažení

Základní princip tažení spočívá v kontrolované deformaci plechu. Na rozdíl od stříhání nebo ohybu proces tažení přetváří rovinnou kovovou заготовku jejím protažením a stlačením do dutého tvaru bez švů. Tato metoda je základní pro výrobu široké škály výrobků, od karosářských dílů automobilů a kuchyňských dřezů až po nádobí a průmyslové součásti. Proces využívá koordinované sady nástrojů, které společně pracují pod obrovským tlakem, aby dosáhly požadované geometrie.

Proces začíná, když je plochý kovový list, označovaný jako polotovar, umístěn na povrchu matrice. Součástka nazývaná držák polotovaru nebo upínač se spustí dolů a sevře okraje polotovaru. Tato upínací síla je klíčová pro řízení způsobu, jakým je materiál vtahován do matrice. Poté se razník, který má tvar vnitřní dutiny dílu, posune směrem dolů a vtlačí kov do dutiny matrice. Jak se razník pohybuje dolů, nutí kov se protahovat a přetékat přes vstupní poloměr matrice, čímž se plochý list transformuje na trojrozměrný díl. Cílem je dosáhnout této transformace, aniž by byla narušena integrita materiálu.

Několik klíčových komponent je nezbytných pro správný chod tohoto procesu. Podle odborníků z ALSETTE , patří mezi ně razník, dutina matrice a držák polotovaru. Razník Kliče tvoří vnitřní tvar dílu, dutina matrice Dutina matrice definuje jeho vnější geometrii a Držák plechu působí regulovaným tlakem na obvod polotovaru, čímž řídí tok kovu. U složitějších návrhů Tažné lišty —malé výstupky na povrchu razníku nebo upínací desky—slouží ke zvýšení tření a dalšímu upřesnění toku kovu v konkrétních oblastech, čímž se předchází vadám.

Klíčové faktory návrhu pro úspěšný tok kovu

Úspěch jakékoli operace tažení je určen schopností ovládat tok kovu. Pokud kov proudí příliš rychle, může se zvrásnit; pokud je příliš omezen, protáhne se a praskne. Dosáhnutí této rovnováhy vyžaduje hluboké porozumění mnoha vzájemně propojeným proměnným. Každý faktor je nutné pečlivě zvážit během fáze návrhu razníku, aby byl zajištěn stabilní a opakovatelný výrobní proces.

Komplexní seznam těchto faktorů je nezbytností pro každého konstruktéra. Jak je podrobně popsáno v článku od Výrobce , hlavní prvky ovlivňující tok kovu zahrnují:

• Vlastnosti materiálu: Typ, tloušťka a třída kovu jsou základními faktory. Tlustší materiály jsou tužší a mohou být více protaženy, zatímco vlastnosti jako exponent zpevnění při deformaci (hodnota N) a poměr plastického přetvoření (hodnota R) určují schopnost materiálu se protahovat a tvářit.
• Velikost a tvar polotovaru: Příliš velký polotovar může omezit tok kovu, zatímco optimalizovaný tvar může snížit odpad a zabránit vadám.
• Poměr tažení: Toto je vztah mezi průměrem polotovaru a průměrem razníku. Pokud je poměr příliš velký, materiál se může příliš protáhnout a prasknout.
• Poloměry matrice: Poloměr vstupní hrany matrice je kritický. Příliš malý poloměr může způsobit trhliny, zatímco příliš velký může vést ke vrásnění, protože snižuje kontrolu nad materiálem.
• Tlak upínací desky (síla držáku polotovaru): Nedostatečný tlak umožňuje vznik vrásek, zatímco nadměrný tlak omezuje tok materiálu a způsobuje trhliny. Vzdálení mezi díly, často nastavené na 110 % tloušťky materiálu, lze použít k udržení přesné mezery a umožnění zesilování materiálu.
• Lubrikace: Správné mazání snižuje tření mezi součástmi nástroje a obrobkem, čímž brání rýhování a usnadňuje hladký tok materiálu.
• Rychlost lisu: Rychlost lisovacího vodítka musí být dostatečně nízká, aby materiál měl dostatek času na plynulý tok bez praskání.

Vzájemná interakce těchto faktorů je složitá. Například ideální poloměr vstupu do matrice závisí na tloušťce a typu materiálu. U kulatých tažených dílů z kvalitní oceli malý poloměr může způsobit praskání, zatímco velký poloměr může vést ke vráskám, zejména u tenkostěnných materiálů. Podobně se požadovaný tlak přidržovací desky mění v závislosti na materiálu; vysokopevnostní oceli mohou vyžadovat až trojnásobný tlak ve srovnání s ocelí nízkouhlíkovou.

Návrh součástí nástroje: razník, matrice a přidržovač plechu

Fyzické součásti tažné formy – píst, forma a přidržovač polotovaru – jsou místem, kde se uplatňují zásady návrhu. Geometrie, rozměry a povrchová úprava každé součásti přímo ovlivňují kvalitu výsledné součásti. Přesné výpočty a dodržování osvědčených postupů jsou nezbytné pro vytvoření nástrojů, které jsou efektivní i trvanlivé.

The kliče a dutina matrice spolupracují tak, aby definovaly konečný tvar součásti. Vůle mezi těmito dvěma součástkami je kritickým rozměrem. Podle HARSLE Press je tato mez obvykle nastavena mírně větší než tloušťka materiálu, aby kompenzovala zesilování, ke kterému dochází během tažení. Příliš malá mez zvyšuje tažnou sílu a může způsobit nadměrné ztenčení nebo trhliny, zatímco příliš velká mez může vést ke vráskám a špatné rozměrové přesnosti. Zaoblení poloměru na pístu (rp) i na formě (rd) musí být rovněž pečlivě zvoleno. Malý poloměr pístu soustřeďuje napětí a může vést k prasklinám na dně součásti.

The držák plechu je pravděpodobně nejdůležitější součástí pro řízení toku kovu. Jeho hlavní funkcí je působit konzistentním, předem určeným tlakem na okrajovou oblast plechu. Tím se zabrání vzniku vrásek, když je materiál radiálně stlačován během tažení do matrice. Povrch držáku plechu musí být dokonale rovnoběžný s povrchem matrice, aby bylo zajištěno rovnoměrné rozložení tlaku. U složitých dílů, zejména v automobilovém průmyslu, jsou do držáku plechu nebo matrice integrovány tažné lišty, které vytvářejí dodatečné brzdné síly v konkrétních oblastech a umožňují tak větší kontrolu nad tvářecím procesem.

Pro realizaci těchto komplikovaných návrhů je zapotřebí značná odborná způsobilost v oblasti technického návrhu i výroby. Společnosti specializující se na vysoce přesné nástroje, jako například Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. , využívají pokročilé CAE simulace a letité zkušenosti k výrobě speciálních tvářecích nástrojů pro automobilové OEM dodavatele a dodavatele první úrovně. Jejich práce na výrobě nástrojů pro všechno, od konstrukčních dílů po složité karosářské panely, zdůrazňuje důležitost ovládnutí těchto návrhových principů pro dosažení efektivity a kvality při sériové výrobě.

Osvědčené postupy pro prevenci a řešení vad

I přes pečlivý návrh mohou během procesu tažení vznikat vady. Porozumění kořenovým příčinám běžných poruch, jako je vrásení, trhání a lom, je klíčem k jejich odstraňování a prevenci. Většina vad je způsobena nerovnováhou sil řídících tok kovu. Dodržováním uznávaných osvědčených postupů mohou inženýři minimalizovat míru výrobního odpadu a zlepšit stabilitu výroby.

Jedním z nejdůležitějších osvědčených postupů, jak uvádí Dramco Tool , je vyhnout se ostrým rohům při návrhu dílu. Ostře zakulacené poloměry soustřeďují napětí, čímž vznikají slabé body, kde má materiál sklon k trhání nebo lomu. Široké, hladké poloměry jak u dílu, tak u nástroje umožňují lepší tok kovu a rozložení napětí na větší ploše. Dále je klíčové porozumění záměru návrhu dílu. Znalost toho, jak bude díl používán, pomáhá při rozhodování o tolerancích a kritických prvcích, čímž se předejde nadměrnému inženýrskému návrhu a snižuje se výrobní složitost.

Systematický přístup k odstraňování problémů může ušetřit významné množství času a zdrojů. Následující tabulka uvádí běžné vady, jejich pravděpodobné příčiny související s návrhem a doporučená řešení na základě diskutovaných principů.

Často kladené otázky o kreslení

1. Jaké jsou zásady kostky?

Základní principy kreslené desky se točí kolem řízení toku plechu, aby vytvořil 3D tvar bez vad. To zahrnuje řízení faktorů, jako je například roztažlivost materiálu, použití vhodného tlaku spojivky, aby se zabránilo vráskám, použití správných poloměrů, aby se zabránilo trhlinám, a zajištění správného mazání, aby se snížilo tření. Konečným cílem je vyvážit síly stlačování a napětí na materiálu během celého procesu tvarování.

2. Věříme, že Co je to pravidlo návrhu?

Důležité pravidlo návrhu razníku je zajistit, že geometrie nástroje umožňuje hladký a kontrolovaný tok materiálu. To zahrnuje nastavení vůle mezi pístem a razníkem na přibližně 110 % tloušťky materiálu, navržení poloměru vstupu do razníku na 4 až 8násobek tloušťky materiálu a výpočet tažného poměru v rámci mezí daných materiálem. Dalším důležitým pravidlem je navrhovat s ohledem na vlastnosti materiálu, a to s přihlédnutím k jeho tloušťce, pevnosti a tvárnosti.

3. Jaká jsou zásady návrhu nástrojů a forem?

Zásady návrhu nástrojů a forem zdůrazňují vytváření odolných, přesných a efektivních nástrojů pro výrobu. Zahrnují vhodný výběr materiálu pro nástroj samotný (často kalená nástrojová ocel), výpočet správných vůlí pro dosažení požadovaných tolerancí součásti a návrh komponent tak, aby odolaly vysokým silám vznikajícím při výrobě. Návrh musí také zohlednit opotřebení nástroje a jeho údržbu, aby byla zajištěna stálá výroba součástí vysoce kvalitních po celou životnost nástroje.

4. Vydržte. Jaký je základní princip kreslení?

Základním principem výkresů je přeměna plochého lepenkového lepenku v dutou nádobou protlačením materiálu do dutiny. Proces je definován řízeným vnitřním proudem materiálu z obvodů, které jsou regulovány tlakem z držáku. Tento řízený tok zabraňuje vadám a zajišťuje, že díl je vytvořen do požadované hloubky a tvaru bez zlomenin.