Mit jelent valójában a mélyhúzó sablontervezés a precíziós gyártásban

Amikor zökkenőmentesen kialakított hengeres edényeket, oxigénpalackokat vagy kiváló mélység-átmérő arányú autóipari alkatrészeket kell előállítania, a mélyhúzó sablontervezés válik a siker legfontosabb tényezőjévé. Ellentétben a hagyományos kivágással vagy hajlítással, a mélyhúzás folyamata síklemezt alakít át szabályozott plasztikus átfolyással üreges, háromdimenziós formává. A sablon geometriája határozza meg, hogy az anyag simán alakul-e át, vagy szakad-e el a túlzott feszültség hatására.

A mélyhúzó sablontervezés meghatározása a modern gyártásban

Mi is az a mélyhúzás pontosan? Olyan fémalakító eljárás, amely során egy dörzs segítségével egy sík alapanyagot préselnek át egy sablonüregen, így létrehozva olyan mélységet, amely meghaladja az alkatrész átmérőjét. A szerint A gyártó , az egyik legnagyobb félreértés, hogy a fém nyújtásra hajlik alakra. Valójában a megfelelően végrehajtott mélyhúzás során minimális nyúlás történik. A fém valójában vastagabbá válik a plasztikus áramlás következtében, mivel a nyomóerők anyagot tolódnak befelé a bélyeg felé.

Ez a különbség fontos a sablontervezési megközelítés szempontjából. Olyan szerszámokat tervez, amelyek a nyomást és az áramlást szabályozzák, nem a nyúlást. Minden rádiusz, hézag és felületminőség-meghatározás befolyásolja, mennyire hatékonyan alakul át a fém egy lapos kiinduló alkatrészből a kívánt geometriává.

Miért határozza meg a sablontervezés az alkatrész minőségét

A sablon geometriája közvetlenül három kritikus eredményt szabályoz:

• Anyagáramlási minták - A bélyeg és a sablon rádiusza határozza meg, hol sűrűsödik illetve nyúlik a fém
• Az alkatrész geometriai pontossága - A hézagok és a kihúzási szögek határozzák meg a méretbeli konzisztenciát
• Termelési Hatékonyság - A megfelelő tervezés minimalizálja a húzófokozatok számát, és megszünteti a költséges újrafeldolgozást

A lyukasztó pozíciójának és a nyersdarab szélének a kapcsolata különösen fontos. A nyomás alatt lévő fém ellenáll az áramlásnak. Ha a mélyhúzó lyukasztó túlságosan messze helyezkedik el a nyersdarab szélétől, a nyomott zóna túlságosan nagyra nő, az áramlási ellenállás meghaladja a szakítószilárdságot, és repedés keletkezik a lyukasztó orr közelében.

A húzási arány – a nyersdarab átmérője és a lyukasztó átmérője közötti viszony – a mélyhúzás sikerének alapvető elve. Ha túllépi az anyag maximális húzási arányát, akkor semmilyen kenőanyag vagy sajóerő-beállítás nem tudja megelőzni a hibás kialakulást.

Ez a technikai referencia a sikeres bélyegzési tervezéshez szükséges specifikus paramétereket, képleteket és hibaelhárítási módszereket nyújtja. Akár új termékfejlesztéshez kapcsolódó mélyhúzás-ötleteket vizsgál, akár meglévő szerszámok optimalizálását végzi, megtalálhatja a bevezethető irányelveket, amelyek mögött bizonyított mérnöki elvek állnak. A következő fejezetek anyagonkénti húzási arányhatárokat, alaplapméret-kiszámításokat, rádiusszpecifikációkat, többfokozatú tervezést és hibaelhárítási stratégiákat fedeznek fel, amelyek elméleti fogalmakból gyártásra kész szerszámmá alakítják terveit.

Húzási Arányhatárok és Csökkentési Százalékok Anyagonként

Tudja, hogy a húzási arány szabályozza a mélyhúzás sikerét. De milyen konkrét határok vonatkoznak acél mélyhúzására, illetve alumínium vagy rozsdamentes acél mélyhúzására? Pontos numerikus paramérek nélkül csak találgatásra marad. Ez a szekció biztosítja azokat a pontos értékeket, amelyekre szüksége van a fokozatok meghatározásához és anyagsérülés megelőzéséhez.

Anyagtípusok szerinti maximális húzásarányok

A határhúzási arány (LDR) képlete egyszerű:

LDR = D / d, ahol D a kiinduló lemez átmérője, d pedig a döntőszerszám átmérője (a kupak belső átmérője)

Ez az arány azt jelzi, hogy mekkora kiinduló lemez sikeresen alakítható adott méretű döntőszerszámmal. A Toledo Metal Spinning szerint ez a képlet a szükséges húzólépések számának meghatározásának kiindulópontja. Azonban a lényeges megfigyelés, hogy az LDR-értékek anyagonként jelentősen különböznek.

Amikor a lemezalakító bélyegzési folyamat túllépi ezeket a határokat, a kerületi nyomófeszültség meghaladja az anyag által elviselhető értéket. Amint a Macrodyne Press elmondja, ha a mélyhúzás során a méretcsökkenés meghaladja az anyag határát, a lemez a döntőszerszám orránál elnyúlik vagy elszakad. Az alakváltozási ellenállás egyszerűen felülmúlja a szakítószilárdságot.

Ezeket kell tudnia az anyagfüggő paraméterekről:

Anyag típusa	Első húzási arány korlát	Következő húzás csökkentése %	Ajánlott lágyítási határ
Alacsony szén tartalmú acél (mélyhúzó acéllemez)	2.0 - 2.2	25% - 30%	40% kumulatív csökkentés után
Német acél (304/316)	1.8 - 2.0	20% - 25%	30% kumulatív csökkentés után
Alumíniumötvözetek (1100, 3003)	1,9 - 2,1	20% - 25%	35% kumulatív csökkentés után
Rézötvözetek (C11000, C26000)	2,0 - 2,3	25% - 30%	45% kumulatív csökkentés után

Vegye figyelembe, hogy az öntartó acél mélyhúzása a legnagyobb kihívást jelenti. A hideg keményedési tulajdonságai miatt alacsonyabb első húzási arányokra és korábbi edzésre van szükség, mint a széntartalmú acélnál vagy a réznél.

Többfokozatú műveletek esetén a csökkentési százalékok kiszámítása

Ha a teljes csökkentési igény meghaladja azt, amit egyetlen húzással el lehet érni, több műveleti fokozatra lesz szükség. A számítási folyamat egy szisztematikus módszert követ, amelyet a The Fabricator elengedhetetlennek tart a repedések, redők és felületi hibák elkerüléséhez.

Íme, hogyan határozhatja meg a csökkentési százalékot:

Csökkentés % = (1 - Dc/Db) × 100

Ahol a Dc a pohár átmérője, a Db pedig a kiinduló lemez átmérője.

Képzeljen el egy 4 hüvelyk átmérőjű poharat, amelyet egy 10,58 hüvelyk átmérőjű lemezből gyártanak. A számítás szerint kb. 62% teljes csökkentés szükséges. Mivel az első húzás során a csökkentési határ legtöbb anyagnál tipikusan 50%, több fokozatra lesz szükség.

Vegyünk egy gyakorlati példát innen: Macrodyne Press :

1. Első húzás - Alkalmazzon 50%-os csökkentést (LDR 2,0), ezzel a 10,58 hüvelykes lemezt 5,29 hüvelyk köztes átmérőre csökkenti
2. Második húzás - Alkalmazzon akár 30%-os csökkentést (LDR 1,5), így elérve egy 3,70 hüvelyk átmérőt
3. Harmadik húzás - Ha szükséges, alkalmazzon 20%-os csökkentést (LDR 1,25) a végső méretekhez

Mivel a célként megadott 4 hüvelykes átmérő a második húzás képessége és a kiinduló lemez mérete közé esik, két fázisban sikeresen elkészíthető az alkatrész.

A anyagvastagság hatása ezekre az arányokra

Vastagabb anyagok általában enyhén magasabb húzási arányokat engednek meg, mivel hatékonyabban ellenállnak a horpadásnak. Ugyanakkor nagyobb tartóerőt és erősebb szerszámot igényelnek. A vékony méretű mélyhúzó acéllemez például csak az elfogadott tartomány alsó végén elérhető LDR-értékeket érheti el.

A legfontosabb elv, amit érdemes megjegyezni: az egész felület, amelyre a végső alkatrésznek szüksége van, már az első húzásnál léteznie kell. Ahogy a The Fabricator is hangsúlyozza, az első húzóállomás után a felület nagysága állandó marad. A meglévő anyagot újratervezi, nem hoz létre új anyagot a további műveletek során.

Miután meghatároztuk ezeket a húzási arány korlátokat, pontos számításokra lesz szükség a kiinduló lemez méretének meghatározásához, hogy biztosítsuk a célgeometria számára elegendő anyagmennyiséget.

Nyerslap Méret Kiszámítási Módszerek és Képletek

Isméri a kihúzási arány korlátait. Érti a csökkentési százszámokat. De hogyan határozhatja meg pontosan a célkupac vagy hüvely előállításához szükséges nyerslap átmérőjét? Ha kisebbre méretezi a nyerslapot, anyagnak fog rövidülni. Ha nagyobbra, akkor anyagot pazarol, és felesleges perem keletkezik, amely bonyolítja a levágást. A mélyhúzás folyamata a legelső lépéstől fogva igényel pontosságot.

A nyerslap méret kiszámításának alapvető elve a térfogat állandósága. Ahogyan SMLease Design elmagyarázza, a nyerslap felületének meg kell egyeznie a kész alkatrész felületével. A fém nem tűnik el és nem jelenik meg alakítás során. Egyszerűen átrendeződik egy lapos korongból háromdimenziós geometriává.

Felületi Terület Módszer Nyerslap Fejlesztéséhez

Henger alakú poharak, a leggyakoribb mélyhúzású lemezalkatrészek esetében a matematikai megközelítés elegáns. Alapvetően két felületet állítunk egymással egyenlővé: a sík kör alakú kiinduló lapot és az alakított poharat annak aljával és oldalfalával.

Vegyünk egy egyszerű henger alakú poharat Rf sugárral és Hf magassággal. A kiinduló lap Rb sugara kiszámítható ezzel az alapegyenlettel:

Rb = √[Rf × (Rf + 2Hf)]

Ez a képlet közvetlenül abból származik, hogy a kiinduló lap felülete (πRb²) egyenlő a pohár felületével (πRf² + 2πRfHf). Amikor Rb-re rendezzük az egyenletet, megkapjuk a fenti összefüggést.

Nézzünk egy gyakorlati példát. Képzeljük el, hogy egy 50 mm átmérőjű és 60 mm mély poharat kell gyártanunk. Kövessük a mélyhúzásos sajtolási számítási eljárást:

• Pohár sugara (Rf) = 25 mm
• Pohár magassága (Hf) = 60 mm
• Kiinduló lap sugara = √[25 × (25 + 120)] = √[25 × 145] = √3625 = 60,2 mm
• Alapanyag átmérője = 60,2 × 2 = 120,4 mm

Ez a számítás adja meg az elméleti minimális alapanyag-méretet. A gyakorlatban azonban további anyagra van szükség a levágáshoz és a vékonyodási hatások kiegyenlítéséhez.

Levágási hozzáadék és anyagvékonyodás figyelembevétele

A valós mélyhúzásos gyártási folyamatok követelményei túlmutatnak az elméleti minimumon. Tiszta vágáshoz tervezett selejtre van szükség, valamint kompenzációra a falvastagság alakítás közbeni változásaihoz.

Kövesse az alábbi lépéseket a gyártásra kész alapanyagméretek meghatározásához:

1. Számítsa ki a kész alkatrész felületét - Használja a konkrét formájú test geometriai képleteit. Hengereknél: πd²/4 + πdh. Összetett geometriák esetén a CAD-szoftver pontos felületmérést biztosít.
2. Vegye figyelembe a levágási hozzáadékot - Az ipari gyakorlat azt javasolja, hogy a kalkuláció előtt adjon hozzá kétszeres fémvastagságot a kupak magasságához. Egy 0,010 inch anyagból készülő 4 inch magas kupak esetén a számított magasság 4,020 inch lesz.
3. Vegye figyelembe az anyagvékonyodást - A kupak oldalfalánál általában 10–15% falvékonyodás következik be. Néhány szakember a kiszámított alaplemez-területhez 3–5%-ot ad hozzá vékonyodási kompenzációs tényezőként.
4. Határozza meg a végső alaplemez-átmérőt - Alkalmazza a felületképletet a módosított méretekkel, majd kerekítse fel egy gyakorlati vágási méretre.

A A gyártó , a fémvastagság kétszeresének hozzáadása plusz vágóanyagként jó gyakorlatnak számít, hogy tiszta végső méretek legyenek a kialakítás után.

Amikor a leegyszerűsített képletek nem elegendők

A fenti egyenletek egyszerű hengeres kupakok esetén kitűnően működnek. De mi a helyzet a lépcsőzetes átmérőkkel, peremes alkatrészekkel vagy szabálytalan keresztmetszetekkel? Az összetett geometriák más megközelítést igényelnek.

Át kell térnie CAD-alapú felületszámításra, ha:

• Az alkatrész több átmérőváltozatot vagy csonkakúp alakú szakaszokat tartalmaz
• A sarkok lekerekítése jelentősen befolyásolja a felületet (az egyszerű képlet figyelmen kívül hagyja a ütő orr sugarát)
• Nem szimmetrikus alakok fejlesztett kiinduló lapokat igényelnek kör alakú kiinduló lapok helyett
• Szűk tűrések pontosságot igényelnek, amely meghaladja az empirikus szabályokból származó korrekciókat

Négyszögletes vagy szabálytalan, mélyhúzott alkatrészek esetén a kiinduló alak gyakran nem kör alakú. Ezek a fejlesztett kiinduló lapok CAD-elemzést vagy végeselemes szimulációt igényelnek az optimális kezdeti geometria meghatározásához. Az anyag anizotrópiája a hengerlési irányból is befolyásolja a nem kerek alkatrészek kiinduló alakjának optimalizálását.

A kiinduló lap méretének kiszámítása és az anyag kiválasztása után a következő kritikus tervezési paraméter a kihúzó és az alakvágó él sugarának előírása, amely szabályozza, hogy milyen simán áramlik az anyag alakítás közben.

Kihúzó és Alakvágó Él Sugár Előírásai az Anyagáramlás Optimalizálásához

Kiszámította a kiinduló alak méretét, és ismeri az alakítási arányokat. Most eljött egy olyan paraméter, amely sikeres vagy sikertelen mélyhúzású fémalakítást eredményezhet: az eszközök lekerekítési sugarai. A döntőfej lekerekítési sugara és az alakítóforma belépési sugara határozza meg, milyen intenzitással hajlik meg a fém, miközben a peremről átvezetik az oldalfalra. Ha ezeket a specifikációkat rosszul állítja be, akkor túlzott feszültségkoncentráció miatt repedéseket tapasztalhat, vagy anyagredőzést hiányos anyagvezérlés miatt.

Íme a lényeg: az éles sarkokon átvezetett fém helyi szintű alakváltozáson megy keresztül, amely meghaladja az anyag szakadási határát. Ugyanakkor túl nagy lekerekítési sugarak nem vezetik megfelelően az anyagot, így összenyomódásból redők keletkezhetnek. Feladata minden egyes anyag-vastagság kombinációhoz megtalálni az ideális köztes értéket.

Döntőfej lekerekítési sugárra vonatkozó irányelvek különböző anyagokhoz

A döntőfej sarkának lekerekítési sugara meghatározza a feszültségeloszlást a húzott alkatrész legsebezhetőbb pontján. A Wikipedia műszaki tervezésre (DFM) vonatkozó elemzése szerint a mélyhúzásnál , az üstök sarkának 4–10-szerese kell legyen a lemez vastagságának. A maximális vastagságcsökkenés az üstök sarok közelében következik be, mivel ebben a régióban jelentősen csökken a fémáramlás. Túl éles sarok esetén repedések keletkezhetnek az üstök aljánál.

Miért olyan fontos ez a hely? Húzásformázás során az anyag az üstök orrán nyúlik meg, miközben egyidejűleg kerületi irányban összenyomódik. Ez a kétirányú feszültségállapot a rádiuszátmenetnél koncentrálódik. Elegendőtlen rádiusz feszültségkoncentrációt hoz létre, amely repedést okozhat, mielőtt a húzás befejeződne.

Vegyük figyelembe, mi történik különböző rádius értékek esetén:

• Túl kicsi (4t alatt) - Súlyos alakváltozás-koncentráció repedést okoz az üstök orránál, különösen keményedő anyagoknál, mint például az acél
• Optimális tartomány (4–10t) - A feszültség szélesebb zónában oszlik el, lehetővé téve a kontrollált vékonyodást hibák nélkül
• Túl nagy (10t felett) - Elegendőtlen megtartás miatt az alj dombrú vagy redős lehet, és a falak körvonalazása romlik

Erõs anyagokat használó mélyhúzásos fémtartalmú alkalmazások esetén érdemes a jelen tartomány nagyobb végéhez közeledni. Puha anyagok, például alumínium és réz esetén a sugarak közelebb is lehetnek a 4t-hez.

Kihajtóél belsõ sugár specifikációi és hatásuk

A kihajtóél sarokszugár szabályozza, hogyan halad át a fém a vízszintes perzetrõl a függõleges kihajtó üregbe. Itt a nyomási perzefeszültségek húzási falifeszültségekké alakulnak át. Ahogy a Wikipedia mélyhúzásos hivatkozása megjegyzi, a kihajtóél sugara általában az anyagvastagság 5-10-szerese legyen. Ha ez a sugár túl kicsi, a perze környékén erõsebb redõzõdés lép fel, és repedések keletkezhetnek a fémáramlás éles irányváltása miatt.

A kihajtóél sugár másfajta kihívást jelent, mint a bélyegzõ sugár. Itt a fém külsõ sarok körül hajlik, miközben a lemeznyomó nyomás alatt áll. Inszuficites sugár okozza:

• Túlzott súrlódás és hõképzõdés
• Felületi karcolások és ragadások
• Helyi elszakadás a sugáratmenetnél
• Növekedett húzóerő-igény

A túl nagy sablonrész azonban csökkenti a lemezbefogó hatékony érintkezési területét, és lehetővé teszi a anyag korai elengedését a peremzónából, ami redőződést idézhet elő.

Sugárjellemzők anyagvastagság szerint

Az alábbi táblázat konkrét ajánlásokat tartalmaz a mélyhúzásos alakítási műveletekhez gyakori anyagvastagsági tartományokon belül:

Anyagvastagság tartománya	Ajánlott üstök sugara	Ajánlott sablon sugara	Beállítási megjegyzések
0,010" - 0,030" (0,25-0,76 mm)	6–10 × vastagság	8–10 × vastagság	Vékony lemezeknél nagyobb sugarak szükségesek a szakadás megelőzéséhez
0,030" - 0,060" (0,76-1,52 mm)	5-8 × vastagság	6–10 × vastagság	Szabványos tartomány a legtöbb alkalmazáshoz
0,060" - 0,125" (1,52-3,18 mm)	4-6 × vastagság	5-8 × vastagság	Vastagabb anyagok kisebb többszöröseit is elviselik
0,125" - 0,250" (3,18-6,35 mm)	4-5 × vastagság	5-6 × vastagság	Nagy vastagság; mély alkatrészek esetén többszöri húzás szükséges

Az anyag típusa is befolyásolja ezeket a specifikációkat. A rozsdamentes acél általában a tartomány felső végén lévő rádiuszokat igényli a hidegalakítási keményedés miatt. A lágy alumínium és réz az alsó véghez közeli értékeket használhatja.

Kihúzási rés és anyagvastagság kapcsolata

A rádiuszokon túl a bélyeg és az aljzat közötti rés kritikusan befolyásolja az anyagáramlást. A Wikipedia DFM irányelvei szerint a rést úgy kell megválasztani, hogy az nagyobb legyen, mint a fém vastagsága, így elkerülhető a fém koncentrálódása a lyuk tetejénél. Ugyanakkor a rés ne legyen annyira nagy, hogy az anyagáramlás korlátozatlan legyen, ami falredőzést okozhat.

A gyakorlati útmutató a húzóformázási réshez:

Rés = Anyagvastagság + (az anyagvastagság 10%–20%)

0,040 hüvelykes anyag esetén a rés 0,044–0,048 hüvelyk között lenne. Ez elegendő helyet biztosít a természetesen vastagodó oldalfalnak, miközben elegendő korlátozást biztosít a horpadás megelőzésére.

Egyes műveletek szándékosan csökkentik az alakítási rést, hogy a falat "vasalják", ezzel egyenletesebb vastagságot és jobb felületi minőséget érve el. Ahogy a Hudson Technologies is elmagyarázza, az eszközök úgy is tervezhetők, hogy szándékosan levékonyítsák vagy „vasalják” a falakat a természetes hajlamon túl, így növelve a méretstabilitást és esztétikailag szebb küllemet biztosítva.

Sarokkerekítési megfontolások nem hengeres alkatrészekhez

Téglalap alakú és négyzetes mélyhúzott alkatrészek további összetettséget jelentenek. A belső sarokkerekítések válnak a legkritikusabb tervezési paraméterekké. A Hudson Technologies , általános szabály szerint a anyagvastagság kétszerese adja meg a legkisebb elérhető sarokkerekítést. Kívánatosabbak a nagyobb sarokkerekítések, amelyek csökkenthetik a szükséges húzások számát.

Kivételek tehetők további húzóműveletekkel a sarokkerekítések további csökkentése érdekében, de óvatosság szükséges. Anyagvékonyodás és a szomszédos oldalfalak deformálódása felléphet a sarokkerekítési határok feszítésekor.

Nem kerek alkatrészek esetén vegye figyelembe az alábbi irányelveket:

• Minimális belső sarki rádiusz = 2 × anyagvastagság (abszolút minimum)
• Ajánlott belső sarki rádiusz = 3-4 × anyagvastagság (csökkenti a húzási fokozatok számát)
• Alsó sarki rádiusz = A dörzsár rádiusz-irányelveit kövesse (4-10 × vastagság)

Rádiusz módosítások az egymást követő húzási műveletekhez

Ha az alkatrész több húzási fokozatot igényel, a rádiuszspecifikációk változnak a műveletek között. Az első húzásnál alkalmazott szerszámok általában nagyobb rádiuszokat használnak a megmunkálás okozta keményedés csökkentése és a megfelelő anyagáramlás biztosítása érdekében. Az egymást követő újrahúzásoknál fokozatosan kisebb rádiuszok alkalmazhatók, ahogy az alkatrész egyre inkább megközelíti a végső méretet.

Gyakori haladási séma:

• Első húzás - Dörzsár rádiusza: 8-10 × vastagság; dörzsdugattyú rádiusza: 6-8 × vastagság
• Második húzás - Kivágó él sugara 6–8 × anyagvastagság; ütőkengyel sugara 5–6 × anyagvastagság
• Utolsó húzás - Kivágó él sugara 5–6 × anyagvastagság; ütőkengyel sugara 4–5 × anyagvastagság

Ha az egyes húzások között edzés történik, visszaállíthatók agresszívebb sugarak, mivel az alakítási keményedés ekkor megszűnik. Közbenső edzés nélkül minden további húzás egyre merevebb anyagon történik, így a repedések elkerülése érdekében óvatosabb sugarak szükségesek.

Miután meghatározta az eszközök sugarait és hézagait, a következő lépés annak megtervezése, hogy mennyi húzási fázisra van szükség az alkatrész előállításához, valamint a redukciós százalékok sorrendjének meghatározása az egyes műveletek során.

Többfázisú húzóműveletek és redukciós sorozatok tervezése

Meghatározta a húzási arányokat, kiszámította az alaptest méreteit, és meghatározta az eszközök sugarait. Most pedig eljött egy olyan kérdés, amely elválasztja a sikeres mélyhúzásos sajtolási projekteket a költséges kudarcoktól: hány húzási fázisra van ténylegesen szükség az alkatrész előállításához? Ha alulbecsüli, anyagránthatás lép fel. Ha túlbecsüli, felesleges eszközköltséggel és ciklusidő-elveszítéssel jár ez.

Az válasz a rendszerszerű redukciós tervezésben rejlik. Ahogy a The Library of Manufacturing kifejti, ha a redukció százaléka meghaladja az 50%-ot, akkor újrahúzási műveleteket kell tervezni. De ez csupán a kezdőpont. Az anyagjellemzők, az alkatrész geometriája és a gyártási igények mind befolyásolják a fázisbeosztási döntéseit.

Szükséges Húzási Fázisok Kiszámítása

A mélység-átmérő arány az első jelzője a fázisbeosztás összetettségének. A sekély alkatrészek, amelyeknél az arány 0,5 alatt van, általában egyetlen húzási folyamattal kialakíthatók. De mi történik akkor, ha mély hengeres burkolatokat, akkumulátortokokat vagy nyomástartó edényeket gyárt, amelyeknél a mélység-átmérő arány meghaladja a 2,0-t?

Kövesse ezt a szisztematikus megközelítést az előállítási fázisok igényeinek meghatározásához:

1. Határozza meg a szükséges teljes redukciót - Számítsa ki a kiinduló lemezátmérő és a végső alkatrész-átmérő közötti redukció százalékos értékét a következő képlet segítségével: Redukció % = (1 - Dp/Db) × 100. Például egy 10 hüvelykes kiinduló lemezből készülő 4 hüvelykes átmérőjű edény esetén a redukció 60%.
2. Alkalmazza az anyagonkénti redukciós határokat fázisonként - Tekintse meg az anyag első húzási határértékét (általában 45–50% acél esetén, 40–45% rozsdamentes acél esetén). A további húzásoknál fokozatosan csökkenő redukció engedélyezett: második húzásnál 25–30%, harmadik húzásnál 15–20%.
3. Tervezze meg a szükséges közbeeső izzítást - Ha a halmozódó redukció meghaladja az anyag hidegalakításból adódó küszöbértékét (30–45%, ötvözettől függően), tervezzen be feszültségmentesítő izzítást az egyes fázisok közé a szívósság visszaállítása érdekében.
4. Tervezze meg a progresszív sablonállomásokat - Rendelje hozzá minden redukciós lépcsőt egy konkrét sablonállomáshoz, figyelembe véve az anyagkezelést, a kenési igényeket és a minőségellenőrzési pontokat.

Vegyünk egy gyakorlati mélyhúzásos művelet példáját: egy 3 hüvelyk átmérőjű, 6 hüvelyk mély poharat kell előállítani 0,040 hüvelyk vastag alacsony széntartalmú acélból. A mélység-átmérő arányod 2,0, ami messze meghaladja az egyszeri húzás lehetőségét. A kész méretek alapján visszafelé dolgozva három műveleti lépcsőt tervezhetsz, rendre 48%, 28% és 18% anyaglehúzással.

Anyaglehúzás tervezése fokozatos műveletek során

Miután meghatározta a műveleti lépcsők számát, az anyaglehúzások helyes sorrendje válik döntő fontosságúvá. Az első húzás végzi a legnagyobb terhelést, míg a következő húzások finomítják a geometriát és érik el a végső méreteket.

Az alábbiakat veszik figyelembe a sikeres mélyhúzó gyártási műveletek minden egyes szakaszban:

• Első húzás - Létrehozza a kész alkatrészhez szükséges teljes felületet. Itt történik a maximális anyaglehúzás (általában 45–50%). Az eszközök sugarai a legnagyobbak, hogy minimalizálják a hidegalakítást.
• Második húzás (újrahúzás) - Csökkenti az átmérőt 25–30%-kal, miközben növeli a mélységet. Az anyag a munkadarab első művelete során keményedett, így a feszítőerők növekednek annak ellenére, hogy a csökkentés százalékos aránya kisebb.
• Harmadik és további húzások - További átmérőcsökkentés 15–20% minden egyes fokozatban. Értékelje, hogy szükséges-e edzés a felhalmozódó alakváltozás alapján.

A The Library of Manufacturing , amikor az átmeneti formákat tervezi, állítsa be a kiinduló lemez, az átmeneti alkatrészek és a végső húzás felületét azonosra. Ez a térfogat-állandóság elve biztosítja, hogy a meglévő anyagot redistribuálja, nem pedig új felületet próbál létrehozni.

Amikor az utóhúzás (ironing) szóba kerül

Néha a mélyhúzás gyártási követelményei olyan falvastagságot igényelnek, amely vékonyabb, mint amit a szabványos húzás eredményez. Ekkor jön szóba az utóhúzás. A szabványos mélyhúzás során a falak természetesen kissé megvastagodnak, ahogy az anyag befelé tömörül. Az utóhúzás ezt fordítja meg, szándatosan csökkentve a bélyeg és az alakforma közötti rést, hogy levékonyítsa a falakat.

Fontolja meg az utóhúzás alkalmazását, ha:

• A falvastagság egyenletessége kritikus fontosságú az alkalmazásához
• Vékonyabb falakat igényel, mint az eredeti alaplemez vastagsága
• A felületminőségi követelmények olyan fényesítő hatást igényelnek, amelyet az utóhúzás biztosít
• A méretpontosság konzisztenciája elsődleges fontosságú a termelési sorozatok során

Az utóhúzás általában a végső húzólépésben vagy külön erre szolgáló műveletként történik. A folyamat növeli a méretstabilitást és esztétikailag szebb felületet eredményez, de további szerszámberuházást és gondos erőszámításokat igényel.

Progresszív sablon és transzfer sablon konfigurációk

Előkészítési tervének összhangban kell lennie sajtókonfigurációjával. Két fő lehetőség létezik többlépcsős mélyhúzásos kihúzásra: progresszív sablonok és transzfer sablonok. Mindegyik külön előnyökkel rendelkezik, attól függően, hogy milyen alkatrészgeometriával és mennyiséggel dolgozik.

A Die-Matic szerint a progresszív tömegesítés során egy folyamatos fémszalagot vezetnek át több állomáson, ahol egyszerre zajlanak a műveletek. Ez a módszer különösen alkalmas nagy volumenű, egyszerű geometriájú alkatrészek gyártására. A szalag automatikusan megtartja az alkatrészek helyzetét, csökkentve ezzel a kezelés bonyolultságát.

Ezzel szemben a transzfer tömegesítésnél egyedi lemeztáblákat mozgatnak mechanikus vagy hidraulikus transzferrendszerek segítségével az egyes állomások között. Ahogy a Die-Matic elmagyarázza, ez a módszer a legalkalmasabb összetett alkatrészek, többlépcsős alakítási műveletek vagy mélyhúzás igénylő darabok előállítására. A megálló-mozgó jelleg lehetővé teszi az anyagáramlás pontos szabályozását minden egyes állomáson.

Konfiguráció	Legjobban alkalmas	Korlátozások	Tipikus alkalmazások
Haladó matrica	Nagy tételszám, egyszerű geometriák, vékony anyagok	Korlátozott húzásmélység, szalagszélességi korlátok	Elektronikai alkatrészek, kis házak, sekély edények
Áttételi sablon (Transfer Die)	Összetett alkatrészek, mélyhúzás, szűk tűrések	Lassabb ciklusidő, magasabb szerszámbonyolultság	Autóipari panelök, nyomástartó edények, mély hengeres burkolatok

Mélyhúzásnál, ahol a mélység-átmérő arány meghaladja az 1,0-et, általában a transzfer sablonkonfigurációk biztosítanak jobb eredményt. Az alapanyag pontos újrapozícionálásának képessége minden állomáson lehetővé teszi az anyagáramlás szabályozását, ami elengedhetetlen a többfokozatú műveleteknél. A progresszív sablonok akkor hatékonyak, ha az első húzás során elérik a szükséges mélység nagy részét, és a következő állomások vágást, döntést vagy kisebb alakító műveleteket végeznek.

Miután meghatározta a fázisbeosztást és a sablonkonfigurációt, a következő lényeges tényező a tartógyűrű erők kiszámítása, amelyek megakadályozzák a redőződést, miközben elkerülik a túlzott súrlódást, amely repedéseket okozhat.

Tartógyűrű Erőkövetelmények és Nyomásszabályozás

Kialakította a húzásfázisokat, és kiválasztotta az adott sablont. Most egy olyan paraméterhez érkezett, amely pontos kalibrálást igényel: a lemezszorító erő. Ha túl alacsony nyomást alkalmaz, a nyomófeszültségek hullámosságot okoznak a perem területén. Ha túl magas nyomást alkalmaz, a súrlódás akadályozza az anyagáramlást, és a darab repedni fog a bélyeg orra közelében. Az egyensúly megtalálása megköveteli a résztvevő fizikai jelenségek és a szabályozható változók megértését.

A lemezszorító egy elsődleges funkciót lát el: visszatartja a perem területét, miközben lehetővé teszi az irányított anyagáramlást a sablon üregébe. A FACTON mélyhúzásos költségmodellje szerint a lemezszorító terület az anyag azon része, amelyet a mélyhúzás során rögzíteni kell a redőzés elkerülése érdekében. A területre kifejtett nyomás és a súrlódás együttesen alkotják az ellenállást, amely szabályozza, hogy az anyag hogyan áramlik be az alakítási folyamatba.

Lemezszorító nyomás képletek és változók

A megfelelő méretű tartóerő kiszámítása nem találgatás. A nyomás, az anyagjellemzők és a geometria közötti összefüggés megalapozott elveken alapul. Íme az alapvető megközelítés:

Tartóerő = Tartófelület × Tartónyomás

Egyszerűen hangzik? Az összetettség a helyes nyomásérték meghatározásában rejlik. Több tényező is befolyásolja a szükséges tartónyomást:

• Anyag erősség - Nagyobb szakítószilárdságú anyagok nagyobb rögzítőerőt igényelnek az anyagáramlás szabályozásához. Ahogyan a FACTON is rámutat, a szakítószilárdság közvetlenül szerepel a tartónyomás kiszámításában.
• Alapanyag átmérője - A nagyobb lemezek nagyobb nyomóerőt hoznak létre a peremzónában, így arányosan nagyobb visszatartó erőre van szükség.
• Mélység - A mélyebb húzások hosszabb ütem során igényelnek folyamatos nyomást, ami befolyásolja az erő nagyságát és a rendszer tervezését.
• Súrlódási együttható - A kenés minősége közvetlenül befolyásolja, hogy a ráfordított erő hány része fordul anyagvisszatartásra, illetve hány része alakul át hővé.
• Húzási arány - Magasabb arányok nagyobb nyomófeszültséget koncentrálnak a perben, ami növekedett fogóerőt igényel.

A kiindulási képlet gyakori értéke a lemezbefogó nyomásra 0,5 és 1,5 MPa között van lágyacél esetén, amelyet az adott anyagnak és geometriának megfelelően kell módosítani. A rozsdamentes acél általában a magasabb nyomásértékeket igényli keményedési tulajdonságai miatt. Az alumínium- és rézötvözetek gyakran alacsonyabb nyomáson dolgoznak jól.

A lemezbefogó felület kiszámítása magától a lemez méretétől és az anya geometriájától függ. Lényegében az anya nyílása és a lemez széle közötti gyűrűs felületet kell kiszámolni. Ahogy a húzás előrehalad, ez a felület csökken, ami magyarázza, hogy miért előnyösek a változtatható nyomású rendszerek a mélyhúzásnál.

Gyűrődés megelőzésének és szakadás kockázatának kiegyensúlyozása

A kutatás eredményeit a CIRP Annals , a mélyhúzás során a leggyakoribb hibamódok a redőzés és a törés, és sok esetben ezek a hibák kiküszöbölhetők az alakítóerő megfelelő szabályozásával. Ez az eredmény hangsúlyozza, hogy miért olyan kritikus tervezési paraméter az alakítóerő kalibrálása.

Íme a fizikai háttér: mélyhúzásos fémsajtolás során kerületi nyomófeszültségek alakulnak ki a peremben, miközben az anyag sugárirányban befelé áramlik. Elegendő visszatartás hiányában ezek a feszültségek okozzák a perem felfelé történő hullámzását, redők képződését. Ugyanakkor túlzott visszatartás esetén az anyag egyáltalán nem képes áramlani, és a bélyeg közelében a húzófeszültségek meghaladják az anyag szilárdságát, ami repedéseket okoz.

A kutatás rámutat, hogy a fal redőzése különösen nehéz, mivel ezen a területen a lemez nincs alátámasztva az eszközzel. A fal redők elnyomása a nyomótalp-erő szabályozásával nehezebb, mint a peremredők megelőzése. Ez azt jelenti, hogy a nyomásbeállításoknak figyelembe kell venniük, hol jelentkezhetnek leginkább hibák.

Hogyan ismerheti fel, ha a nyomótalp-nyomása helytelen? Figyelje ezeket a diagnosztikai jeleket:

• Redőzési minták - A peremzónában lévő kerületi redők elégtelen nyomást jeleznek; a fal redői összetettebb áramlási szabályozási problémákra utalnak
• Élszabás - A lemez éléről kiinduló repedések a túl magas nyomásból eredő túlzott súrlódásra utalnak
• Egyenetlen falvastagság - Az aszimmetrikus elvékonyodási minták nem egyenletes nyomáseloszlást jeleznek a nyomótalp felületén
• Felületi karcolás - A peremen lévő ragadásnyomok a túlzott nyomás és a hiányos kenés kombinációját jelzik
• Üregorr-szakadás - A csésze aljához közeli törések azt jelzik, hogy az anyag nem képes elég szabadon áramolni a húzófeszültség enyhítésére

Ha redőket lát, ösztönösen feltehetően drasztikusan növelni szeretné a nyomást. Ellenálljon ennek az ingernak. A 10–15% közötti fokozatos beállítások lehetővé teszik az optimális nyomáshoz való közelítést anélkül, hogy túllépné azt és repedéseket okozna.

Változtatható lapozógyűrű-nyomás rendszerek

Összetett, mélyhúzású fémdarabok esetén a lökethossz során állandó nyomás gyakran nem bizonyul elegendőnek. Ahogyan a The Fabricator is kifejti, az elektronikus hézagkitöltő rendszerek nyújtják a legnagyobb rugalmasságot a lemez és anyagáramlás szabályozásában mélyhúzás során. Ezek a rendszerek lehetővé teszik a lapozógyűrű-nyomás beállítását a kihúzott forma peremének bármely pontján, akár a sajtolólökethossz bármely szakaszában.

Miért fontos a változó nyomás? Gondolja végig, mi történik húzás közben:

• A löket kezdetén a teljes lemezfelületet meg kell tartani a redőképződés ellen
• Ahogy az anyag a sabba áramlik, a flang területe fokozatosan csökken
• A csökkenő felületen állandó erőtartás azt jelenti, hogy a hatékony nyomás növekszik
• Ez a növekvő nyomás megakadályozhatja az anyag áramlását a húzás kritikus végső szakaszában

A változó nyomású rendszerek ezt úgy orvosolják, hogy csökkentik az erőt a húzás előrehaladtával, így optimális nyomást tartanak fenn az optimális erő helyett. A The Fabricator szerint ezek a rendszerek képesek kompenzálni a húzás során bekövetkező fémvastagság-változásokat is, így elhagyható a futó folt a lemezbefogón.

Szerszám párna követelményei és nitrogénrugó alternatívák

A lemezbefogó erőnek valahonnan származnia kell. Három alapvető lehetőség létezik, amelyek mindegyike eltérő jellemzőkkel rendelkezik a mélyhúzott fémtüntetési alkalmazásokhoz

Sajnó párnák a hagyományos megközelítést képviselik. A The Fabricator szerint a hidraulikus párna rendszer kifejtheti a nyújtóhúzásnál szükséges hatalmas tartóerőt, például autó motorháztetők és külső ajtólapon. Ezek a rendszerek erőt biztosítanak levegőn vagy párnapineken keresztül, amelyek egyenletesen osztják el a nyomást az egész tartófelületen.

A sajtolópárna rendszerek azonban szorgalmas karbantartást igényelnek. A The Fabricator figyelmeztet, hogy ha a légpárnák sérültek, meghajlottak vagy egyenetlenek, akkor a kötőfelület elhajlás előfordulhat, ami rossz illeszkedést eredményezhet a saberész és a tartófelület között, és ezzel együtt elveszíthető a fémfeszesség. Hasonlóképpen, a beütött vagy szennyezett párnafelületek rontják az egyenletes nyomást, függetlenül a párnák pontosságától.

Nitrogénrugók egy önálló alternatívát kínálnak, amely közvetlenül a sabba szerelhető. Ezek a gáztöltésű hengerek az egész löketük során állandó erőt biztosítanak, és nem igényelnek külső nyomásforrást. Fémmegmunkáló, címkezés és hasonló precíziós műveletekhez a nitrogénrugók olyan ismételhetőséget nyújtanak, amit a sűrített levegő rendszerek néha nem tudnak felvenni.

A nitrogénrugók előnyei:

• Kompakt beépítés a sabba
• Állandó erőkifejtés, függetlenül a sajtolópárna állapotától
• Könnyű cserének és karbantartásnak
• Előrejelezhető teljesítmény a termelési ciklusok során

Mi a hátrányuk? A nitrogénrugók rögzített erőjellemzőkkel rendelkeznek. Az erőt a löket során nem lehet változtatni a rugóspecifikáció megváltoztatása nélkül. Olyan alkatrészeknél, amelyek változó tokozóerő-profilt igényelnek, a programozható vezérlésű sajtolópárna-rendszerek nagyobb rugalmasságot kínálnak.

Támasztó hengerek másik lehetőséget jelentenek, különösen progresszív sablonalkalmazások esetén. A The Fabricator szerint ezek a készenléti gáztavak több oldalirányú terhelést és igénybevételt elviselnek, mint a hagyományos hengerek. Előre menetelt furatokkal rendelkeznek a rögzítő sín rögzítéséhez, ezzel egyszerűsítve a sablonkészítést.

A nyomórendszer kiválasztásakor illessze a bonyolultságot a követelményekhez. Ne fektessen be drága elektronikus rétegrendszerekbe, ha egyszerű nitrogéntavak is elegendők. Ugyanakkor ne számítson sikeres mélyhúzásra összetett geometriáknál alap uretán nyomórendszerekkel, amelyek nem rendelkeznek az erőhatás és a szabályozási pontosság szükséges szintjével a nehéz alkalmazásokhoz.

Amikor a lemezbefogó erőt megfelelően kalibrálták, akkor konzisztens alkatrészek előállítására kerül sor. De mi történik, ha mégis hibák lépnek fel? A következő szakasz rendszerezett hibaelhárítási módszereket mutat be a redőzés, szakadás és felületminőségi problémák diagnosztizálására és kijavítására, amelyek akár jól megtervezett szerszámoknál is kihívást jelentenek.

Mélyhúzás Hibadiagnosztizálása és Alapvető Okok Elemzése

Beállította a nyomótalp erőt, meghatározta az eszközök rádiuszát, és megtervezte a redukciós sorozetet. Ennek ellenére hibák továbbra is megjelennek az alkatrészein. Mi lehet a probléma? A válasz a szisztematikus diagnosztikában rejlik. Minden redő, szakadás és felületi hiba történetet mesél a folyamatáról. Ezeknek a hibamintáknak a megfejtése átalakítja a frusztráló selejtet cselekvésre ösztönző információvá az állványtervezés javításához.

A mélyhúzásos sajtolási hibák előrejelezhető kategóriákba sorolhatók, melyek mindegyike egyedi vizuális jellemzőkkel és gyökérokokkal rendelkezik. A Metal Stamping O szerint a mélyhúzásos sajtolási problémák többsége az eszközök és a tervezési hibák kombinációjából adódik. A késztermék vizsgálatával a gyakorlott szemmel rendelkező szakember egyértelmű képet tud alkotni a folyamat minőségéről. Az Ön feladata ezen tapasztalt szem kialakítása.

Redőzés és Szakadás Hiba Diagnosztizálása

A redőzés és a szakadás az anyagáramlás ellentétes végpontjait jelentik. A redők kontrollálatlan összenyomódásra utalnak. A szakadások pedig túlzott feszültséget jeleznek. Annak megértése, hogy melyik hiba hol jelenik meg az alkatrészen, közvetlenül a kiváltó sablontervezési paraméterre mutat.

Redőzés diagnosztizálása: Hol keletkeznek a redők az alkatrészen? A lapkák szélénél keletkező redők általában elégtelen tartólemez-nyomást jeleznek. Ahogy a Metal Stamping O is elmagyarázza, ha a tartólemez nincs kiegyensúlyozva, túl szoros, vagy ha a lapka éle burros, akkor az anyag nem áramlik megfelelően, így jellegzetes redők keletkeznek a felső szélen. A tartólemez és az üreg közötti alátámasztatlan részen fellépő falredők túlzott hézagot vagy elégtelen sabloradiust jelezhetnek.

Megoldások redőzési hibákra:

• Fokozza lépésről lépésre (10-15%-os lépésekben) a tartólemez-nyomást
• Ellenőrizze a tartólemez párhuzamosságát, és javítsa ki az esetleges dőlést
• Ellenőrizze a lapkák éleit burrok szempontjából, amelyek megakadályozhatják a megfelelő illeszkedést
• Csökkentse a sablonrést jobb fal támogatás érdekében
• Ellenőrizze a nyomás egyenletes eloszlását az egész alakítólemez-felületen
• Fontolja meg húzóhorok alkalmazását a problémás területeken lévő anyagkorlátozás növelése érdekében

Szakadás diagnosztizálása: A szakadás helye felfedi a feszültségkoncentráció forrását. A repedések a bélyeg orra közelében azt jelzik, hogy az anyag nem képes elegendően szabadon áramlani a húzófeszültség enyhítéséhez. Szerint Breaking AC lemezfémes hibadiagnosztikája , a bélyegek által kifejtett túlzott fémalakító erők túldeformálódáshoz, szakadásokhoz és repedésekhez vezetnek az alakított alkatrészeknél.

A lap pereméről kiinduló szélszakadások más problémákra utalnak. A Metal Stamping O megjegyzi, hogy az alján keletkező repedések elsősorban az alakítandó lapka és az alakítólemez állapotához kapcsolódnak. A felület horpadása vagy ragadása csökkentheti az anyagáramlást a sablonba, ami a csésze alján repedések kialakulásához vezethet.

Szakadási hibák megoldásai:

• Csökkentse az alakítólemez-nyomást a szabadabb anyagáramlás érdekében
• Növelje meg a kivágó orr sugarát, hogy nagyobb területen ossza el a feszültséget
• Növelje meg a kivágó nyílás sugarát, hogy csökkentse a súrlódást az anyagáttéréskor
• Ellenőrizze, hogy a kivágó-kaliber távolság ne legyen túl szűk az Ön anyagvastagságához képest
• Javítsa a kenést, hogy csökkentse a húzófeszültséget a súrlódás miatt
• Fontolja meg az edzés utáni lágyítást, ha az előző műveletek okozta keményedés csökkentette az alakíthatóságot
• Csökkentse a húzás arányát további húzófokozatok hozzáadásával

A fülesedés és felületminőségi problémák megoldása

Nem minden hiba jár katasztrofális meghibásodással. A fülesedés egyenetlen kupakmagasságot eredményez, amely többlet vágást igényel. A felületi hibák rontják a megjelenést, és befolyásolhatják az alkatrész funkcióját. Mindkettő szabályozható folyamatparaméterekre vezethető vissza.

A fülesedés magyarázata: Amikor egy húzott kupa peremét vizsgálja, és észreveszi, hogy a magasság változik a kerület mentén, akkor fülesedést lát. Ahogyan a Breaking AC is elmagyarázza, a fülesedési hiba a húzott alkatrész pereme mentén jelentkező egyenetlen magasságra utal. A fő oka az anyag és a formaanyag összeférhetetlenségének figyelmen kívül hagyása.

Az anyag anizotrópiája azonban elsődleges szerepet játszik. A hengerlési műveletekből származó lemezanyagnak irányfüggő tulajdonságai vannak. A kristálytöredékek megnyúlnak a hengerlés irányában, különböző mechanikai tulajdonságokat létrehozva 0°, 45° és 90°-os szögben ehhez az irányhoz képest. Fém mélyhúzása során az anyag egyes irányokban könnyebben áramlik, mint másokban, így jósolható szögpozíciókban keletkeznek a jellegzetes „fülek”.

A fülesedés csökkentésére szolgáló stratégiák:

• Olyan anyagok kiválasztása, amelyek alacsony síkbeli anizotrópiaértékkel rendelkeznek (r-érték minden irányban közel 1,0)
• A kompenzált irányú áramlásra alkalmas kifejlesztett alaplemezek használata
• A vágási ráhagyás növelése a várható fülmagasság-változás kiegyenlítésére
• Kereszthengerelt anyagok figyelembevétele kritikus alkalmazásoknál
• Az alaplemez-tartó nyomásának beállítása az áramlás egyenletességének befolyásolására

Felületminőségi problémák: A karcolások, ragadások, narancsbőr-felület és a bélyegvonalak mind specifikus folyamatproblémákra utalnak. A ragadás akkor keletkezik, ha a nem megfelelő kenés miatt fémtől-fémes érintkezés jön létre az alakítandó alkatrész és az eszköz között. A narancsbőr-felület túlzott szemcse-növekedést jelezhet túl erős izzítás vagy az adott húzásmélységhez nem megfelelő szemcsestruktúrájú anyag esetén.

Felületi hibák megoldása:

• A kenőanyag minőségének és felvitelének javítása, különösen a nagy súrlódású területeken
• A bélyegek és ütközők felületének polírozása a súrlódás csökkentése és az anyagragadás megelőzése érdekében
• Az anyagpárosításhoz megfelelő szerszámacél és felületkezelés kiválasztása
• Az anyag szemcseméretének ellenőrzése az adott húzásigényességhez való illeszkedés szempontjából
• Szennyeződés vagy szennyező anyagok ellenőrzése az alkatrész-tartó és a bélyeg felületén
• Védőfóliák alkalmazásának fontolóra vétele olyan alkatrészeknél, amelyek tökéletes felületminőséget igényelnek

Átfogó hibajegyzék táblázat

Az alábbi táblázat összegzi a hibadiagnosztikai lehetőségeket gyorsreferencia formátumban mélyhúzó acél, rozsdamentes acél és egyéb gyakori anyagok esetén:

Hiba típusa	Vizualizációs indikátorok	Gyökérokok	Korrigációs intézkedések
Flangeredőzés	Kerületi redők a nyersdarab szélén; hullámos peremfelület	Elegendőtlen lemezbefogó nyomás; befogó elállítódása; forgácscsíkok a nyersdarab szélén	Növelje a BHF-et; ellenőrizze a befogó párhuzamosságát; távolítsa el a forgácscsíkokat a nyersdarabokról; adjon hozzá mélyhúzó bordákat
Falkaredőzés	Redők a kupa oldalfalában a perem és az üreg orra között	Túl nagy sablonszelvény; elégtelen sablon sugár; vékony anyag	Csökkentse a szelvényt; növelje a sablon sugarát; fontolja meg az irgalmazó műveletet
Üregorr-szakadás	Repedések a kupa aljának görbületénél kezdődnek	Az üreg sugara túl kicsi; meghaladva a húzási arányt; túlzott BHF; elegendőtlen kenés	Növelje az üreg sugarát; adjon hozzá húzófokozatot; csökkentse a BHF-et; javítsa a kenést
Élszabás	Repedések a nyersdarab pereméről kiindulva	Túl magas BHF; élek a nyersdarab szélén; ragadás a lyukasztó tartón	Csökkentse a BHF-et; távolítsa el a nyersdarab éleit; polírozza meg a lyukasztó tartót; javítsa a kenést
Earing	Egyenetlen pohárperem magasság; csúcsok 45°-os intervallumokban tipikusak	Anyag síkbeli anizotrópia; nem konzisztens lyukasztó tartó nyomás	Izotróp anyag kiválasztása; fejlesztett nyersdarabok használata; növelje a vágási hozamot
Egyenetlen falvastagság	Helyi vékony pontok; aszimmetrikus vastagságeloszlás	Ösztöké-diez kiegyensúlyozatlanság; nem egyenletes BHF; anyagbeli változás	Szerszámok újraigazítása; BHF egyenletességének ellenőrzése; anyagminőség konzisztenciájának ellenőrzése
Felragadás/sérülés	Egyenes vonalú karcolások; anyagfelvétel a szerszámon	Elégtelen kenés; inkompatibilis szerszám anyaga; túl magas nyomás	Kenőanyag javítása; felületi bevonatok alkalmazása; érintkezési nyomás csökkentése
Citromhéja	Durva, érdes felület, citromhéjhoz hasonlóan	Túl nagy szemcseméret; túlhevítés; súlyos alakváltozás	Finomabb szemcseméretű anyag előírása; hőkezelési paraméterek szabályozása
Visszasugrás	Az alkatrész méretei eltérnek a sablon geometriájától; a falak kifelé domborodnak	Rugalmas visszahajlás alakítás után; nagy szilárdságú anyagok	A sablon túlhajlítása kompenzációként; tartási idő növelése az ütőhenger alsó pontján

Rendszeres diagnosztikai megközelítés

Amikor hibák jelentkeznek acél vagy más anyag mélyhúzásánál, ne siessen több egyidejű beállítás elvégzésére. Kövessen inkább egy módszeres folyamatot:

1. Pontosan vizsgálja meg a hiba helyét - Rögzítse pontosan, hogy a alkatrész mely pontján lép fel a hiba. Készítsen fényképet a hibamintáról referencia céljából.
2. Elemezze a hibamintát - Szimmetrikus vagy lokalizált? Ugyanazon szögállásokon jelentkezik? Ugyanazon ütőhelyzetnél jelenik meg?
3. Kövesse vissza az alkatrész-forma tervezési paraméteréhez - Használja a fenti hibatáblázatot annak azonosítására, hogy a hiba típusa és helye alapján mi lehet az elsődleges ok.
4. Egyváltozós beállítások végrehajtása - Egyszerre csak egy paramétert változtasson, hogy izolálja a hatást. Jegyezze fel minden beállítást és az eredményt.
5. A korrekció stabilitásának ellenőrzése - Elég alkatrészt kell gyártani a javítás hatékonyságának megerősítéséhez a teljes termelés során, nemcsak néhány minta alapján.

A Metal Stamping O , mélyhúzásos eljárás megértése, valamint a kész alkatrész vizsgálatának ismerete elengedhetetlen a döntéshozatali folyamatban. Ez a diagnosztikai képesség rendkívül értékes mind a kezdeti sablonfejlesztés, mind a folyamatos termelési hibaelhárítás során.

Ne feledje, hogy egyes hibák kölcsönhatásban állnak egymással. A lemezfogó erő növelése a redők eltüntetésére esetleg szakadás felé mozdíthatja el folyamatát. A cél az üzemeltetési ablak megtalálása, ahol mindkét hibaelhárítási mód elkerülhető. Nehéz geometriák esetén ez az ablak keskeny lehet, ami pontos szabályozórendszert és konzisztens anyagjellemzőket igényel.

A hibaelhárítás alapjait figyelembe véve a modern sabberendezések tervezése egyre inkább szimulációs eszközökre támaszkodik a hibák előrejelzésében és megelőzésében, mielőtt acélt vágnának. A következő fejezet bemutatja, hogyan érvényesíti a CAE-elemzés a tervezési döntéseit, és hogyan gyorsítja az útját a termelésre kész szerszámok felé.

CAE-szimuláció integrálása modern sabberendezések tervezésének érvényesítéséhez

Már elsajátította a mélyhúzási arányokat, meghatározta a szerszámlekerekítéseket, és szakértelmet szerzett a hibaelhárításban. De képzelje el, hogy előre megjósolhat minden hibát, mielőtt egyetlen darab szerszámacélt is levágnának. Pontosan ezt nyújtja a CAE-szimuláció. A modern lemezalakító sajtolás tervezése túllépett a próbálgatás és hibáztatás szintjén. A végeselemes analízis most már virtuálisan érvényesíti tervezési döntéseit, azonosítva a redőzést, szakadást és elvékonyodást, miközben az ön sabberendezése még csupán digitális geometriaként létezik.

Miért fontos ez az ön mélyhúzásos projektek számára? A kutatások szerint, amelyeket a International Journal of Engineering Research & Technology , a próbák számának csökkentése közvetlenül befolyásolná a fejlesztési ciklusidőt. Rövidebb ciklusidő tervezhető meg a szoftvereszközök megfelelő kihasználásával, amelyek előrejelezhetik a próbák eredményét anélkül, hogy azokat ténylegesen végrehajtanák. A sajtolási folyamat során nyújtott szimuláció fontos betekintést nyújt a bélyegzőforma és alkatrész-terv módosításainak szükségességébe.

Szimuláció integrálása a bélyegzőforma-terv érvényesítésébe

A végeselemes analízis átalakítja a fémsajtoló bélyegzőformák tervezési folyamatát reaktívból prediktívvá. Ahelyett, hogy eszközöket építenének, próbákat futtatnának, hibákat derítenének fel, acélt módosítanának, majd ismételnék a folyamatot, digitálisan iterálnak addig, amíg a szimuláció nem erősíti meg a sikerességet. Csak ezután lépnek tovább a fizikai eszközök gyártásához.

A mélyhúzás-tervezés szimulációjának fizikája során a kiinduló lemezt ezernyi elemre bontja, amelyek mindegyike követi az alakváltozást, feszültséget és elmozdulást, miközben a virtuális ütő halad. A szoftver alkalmazza az anyag mechanikai tulajdonságait, súrlódási együtthatókat és peremfeltételeket, hogy kiszámítsa, hogyan deformálódik minden elem végig a húzási folyamaton.

Mit képes előrejelezni a szimuláció mielőtt bármit is gyártanánk?

• Anyagáramlási minták - Pontosan megjeleníti, hogyan mozog a fém a peremből az alakítóüregbe, azonosítva a túlzott nyomás vagy húzás területeit
• Vastagságcsökkenés eloszlása - Leképezi a vastagságváltozásokat az egész alkatrész mentén, feltárva a potenciális meghibásodási zónákat, mielőtt selejt keletkezne
• Redőzési hajlam - Feltárja a peremekben és alátámasztatlan falrégiókban fellépő nyomás okozta horpadást, amely esetleges szerszám módosítást igényelhet
• Utórugózás előrejelzése - Kiszámítja az alakítás utáni rugalmas visszacsapódást, hogy a kihúzó geometriába korrekciót lehessen tervezni
• Lemeztartó erő optimalizálása - Határozza meg az ideális nyomásprofilokat, amelyek megakadályozzák a gyűrődést és szakadást
• Húzóbetét hatékonysága - Tesztelje virtuálisan a rögzítési konfigurációkat a szerszámkivitelezés módosítása előtt

A kutatás megerősíti ezen eljárás működőképességét. Ahogyan az IJERT tanulmány is kifejti, az alakítószerszám szimulációs szoftverrel történő virtuális érvényesítése képes kezelni a tervezési szakaszban felmerülő problémákat. Amíg a szerszám gyártása folyamatban van, addig a próbák és tesztek a fizikai szerszám kipróbálásával foglalkoznak a alkatrész minőségének ellenőrzése céljából.

Alakítási határdiagramok megértése

A szimulációs eredmények között az alakítási határdiagram a leghatékonyabb hibaelőrejelzési eszköz. Szerint Sajtolási szimuláció , bármely alakítási szimuláció elsődleges célja annak ellenőrzése, hogy az anyag hogyan viselkedik a sajtolószerszám elkészítése előtt. Eredetileg egy 1965-ös diplomamunka keretében indult projekt, az FLD célja az volt, hogy meghatározza, mi váltja ki a helyi nyakasodást és szakadást lemezalakítás során, valamint hogy előre jelezhető-e a szakadás.

Így működik az FLD-elemzés: a szimuláció kiszámítja az alakított alkatrész minden elemének két irányban (fő- és második tengely) keletkező alakváltozását. Ezek az alakváltozási értékpárok pontokként jelennek meg a grafikonon. A Forming Limit Curve (Alakítási Határgörbe), amely anyagfajtánként és vastagságként egyedi, elválasztja a biztonságos tartományt a meghibásodási zónától.

Mit mond az FLD a mélyhúzó sajtoló beállításáról?

• A görbe alatti pontok - Biztonságos alakítási körülmények, megfelelő tartalékkal
• A görbéhez közelítő pontok - Kockázati zóna, amely tervezési figyelmet igényel
• A görbe feletti pontok - A meghibásodás elkerülhetetlen; ezeken a helyeken repedés fog bekövetkezni
• A nyomásos zónában lévő pontok - Hajlítási hajlam, amelyet esetleg növelt laposító nyomással lehet kezelni

Ahogy a Sajtolószimulációra vonatkozó hivatkozás is kifejti, az alakítási határgörbe elsősorban az adott anyag n-értékétől és vastagságától függ. Az eredmények szemléltetik a kiszámított területeket, ahol az anyag megnyúlik, a vékonyodás mértékét, valamint a sűrűsödési zónákat, ahol redők és gyűrődések keletkezhetnek. Ezek alapján intézkedések tehetők a bélyegfelület kialakítására még mielőtt bármilyen acélmegmunkálás megtörténne.

A CAE-elemzéstől a termelésre kész szerszámig

A szimuláció nem helyettesíti a fizikai érvényesítést. Gyorsítja a sikeres fizikai érvényesítéshez vezető utat. A munkafolyamat egy iteratív optimalizálási ciklust követ:

1. Kezdeti szerszámterv létrehozása - Alakítsa ki a geometriát a kiszámított húzásarányok, rádiuszspecifikációk és a nyersdarab méret alapján
2. Alakítási szimuláció futtatása - Alkalmazza az anyagjellemzőket, súrlódási értékeket és folyamatparamétereket
3. Eredmények elemzése - Elemezze az FLD diagramokat, a vastagságeloszlási térképeket és a redőzésjelzőket
4. Problémás területek azonosítása - Azonosítsa az elemeket, amelyek meghaladják a biztonságos határértékeket, vagy közelítenek a hibahatárhoz
5. Tervezési paraméterek módosítása - Állítsa be a kerekítéseket, hézagokat, tartólemez-nyomást vagy a húzóhorony konfigurációját
6. Szimuláció újrafuttatása - Ellenőrizze, hogy a módosítások orvosolták-e a problémákat újabbak létrehozása nélkül
7. Ismételje addig, amíg elfogadható eredmény nem érhető el - Folytassa az optimalizálást, amíg minden elem a biztonságos alakítási határokon belül nem lesz
8. Engedélyezés az eszközgyártáshoz - Bizalommal kezdjen a fizikai bélyegzőszerszám építéséhez

Az IJERT kutatás szerint a sablont akkor tekintik érvényesítettnek, ha a fizikai próbajáratú alkatrészeket megvizsgálják hibák jelenléte és mértéke szempontjából. Az alacsony hibaszám és a kívánatos jellemzők konzisztenciája lenne az érvényesítés alapja. A szimuláció drámaian csökkenti az ehhez az érvényesítési mérföldkőhöz szükséges ismétlések számát.

Kulcs Szimulációs Ellenőrzőpontok a Tervezési Folyamatban

Nem minden tervezési döntés igényel teljes szimulációs elemzést. Bizonyos ellenőrzőpontok azonban jelentősen profitálnak a virtuális validációból:

• Nyerslap-fejlesztés ellenőrzése - Ellenőrizze, hogy a kiszámított nyerslap méret elegendő anyagot biztosít-e felesleges anyagpazarlás nélkül
• Első húzás kivitelezhetősége - Erősítse meg, hogy az első anyagcsökkentés az anyaghatárokon belül marad
• Többfokozatú átmenetelemzés - Ellenőrizze, hogy az anyagállapot a húzófokozatok között formázható marad-e
• Sarokkerekítés értékelése - Ellenőrizze a feszültségkoncentrációt szűk sugarú, nem hengeres alkatrészeknél
• Visszarugás-kiegyenlítési terv - Számítsa ki a célként megadott méretek eléréséhez szükséges túlhajlítást
• Lemeztartó erő optimalizálása - Határozza meg azokat a nyomásprofilokat, amelyek maximalizálják a folyamatablakot
• Húzóbetét elhelyezése - Tesztelje a rögzítő konfigurációkat összetett geometriák esetén

A Mélyhúzás-szimulációs erőforrás rámutat, hogy a virtuális körhálós ábrák összehasonlíthatók a valós körhálós kísérletekkel a szimuláció pontosságának meghatározása érdekében. A virtuális és fizikai eredmények közötti ezen összefüggés növeli a bizalmat a szimuláció által vezérelt tervezési döntésekben.

Szakmai szimuláció-alapú szolgáltatások kihasználása

Bár a szimulációs szoftverek egyre elérhetőbbé váltak, a maximális érték kinyeréséhez szakértelmet igényelnek a szoftver lehetőségei és a mélyhúzás alapjai terén egyaránt. Az ipari mélyhúzó vállalatok egyre inkább elkülönülnek szimulációs szakértelmük révén.

Mire érdemes figyelni a mélyhúzásos fémsajtáló gyártók között, akik szimulációval integrált szolgáltatásokat kínálnak? Az első alkalommal történő jóváhagyási arány konkrét mérőszámot jelent. Amikor egy sabtervezési partnernél az első alkalommal történő jóváhagyási arány eléri a 93%-ot, akkor a szimuláció által hitelesített tervezés tapintható eredményével állunk szemben. Ez az arányszám közvetlenül rövidebb fejlesztési időt, alacsonyabb szerszám-módosítási költségeket és gyorsabb termelési beindítást jelent.

A minőségi tanúsítványok ugyanilyen fontosak. Az IATF 16949 tanúsítvány biztosítja, hogy a szimulációs hitelesítés egy átfogó minőségirányítási rendszerbe legyen ágyazva, dokumentált eljárásokkal és következetes végrehajtással. A szimuláció önmagában csak akkor értékes, ha megfelelően, valósághű paraméterekkel kerül végrehajtásra.

Autóipari alkalmazásokhoz és egyéb igényes mélyhúzásos projektekhez a szakmai sabtervezési szolgáltatások, amelyek acélvágás előtt szimulációt használnak, stratégiai előnyt jelentenek. Shaoyi autóipari sajtoló sablonmegoldásai bemutatják ezt a megközelítést, amely ötvözi a fejlett CAE szimulációs képességeket akár öt napon belüli gyors prototípusgyártással. Mérnöki csapatuk szimulációval validált, az OEM szabványokhoz igazított szerszámokat készít, csökkentve ezzel a költséges iterációkat, amelyek a hagyományos próbálgatásos fejlesztési módszert gyakran jellemzik.

Az IJERT kutatás arra a következtetésre jut, hogy a szimuláció fontos betekintést nyújt a sablon és alkatrész módosításainak szükségességébe, hogy egyszerűsített és hatékony sablont lehessen létrehozni. Általában egy alakító sablon esetében pontosított tervezési paraméterek szükségesek ahhoz, hogy zavartalanul haladhasson a próba fázison keresztül. A szimuláció ezeket a finomított paramétereket biztosítja még a fizikai szerszámokba történő beruházás előtt.

Ha a szimulációs lehetőségeket integrálta a sablontervezési munkafolyamatba, akkor már kezelte a fejlesztési késlekedések és költségek legjelentősebb forrását. A kirakós utolsó darabkája a megfelelő sablonanyagok és felületkezelések kiválasztása, amelyek biztosítják, hogy az érvényesített tervezés konzisztens teljesítményt nyújtson a termelési mennyiségek során.

Az anyagkiválasztás és felületkezelési irányelvek

Érvényesítette sabászontervezését szimulációval, és optimalizálta minden alakítási parametert. Most azonban eljutott ahhoz a döntéshez, amely meghatározza, hogy szerszáma ezer darabos termelés során is konzisztens eredményt fog-e produkálni, vagy esetleg idő előtt meghibásodik: az anyagkiválasztás. A beavatkozó szervek, a sabászon és a nyomótárcsák anyaga közvetlenül befolyásolja a kopás mértékét, a felületminőséget, és végül a darabköltséget a teljes termelési sorozat során.

A szerint a ASM Handbook on metalworking , a húzó sabászon anyagának kiválasztása a kívánt minőségű és mennyiségű alkatrészek előállítására irányul a lehető legalacsonyabb szerszámköltséggel darabra vonatkoztatva. Ez az elv irányítja minden anyagkiválasztási döntését. A legkopásállóbb anyag nem mindig optimális. Az indulási költséget, karbantartási igényeket és a várható termelési mennyiséget kell kiegyensúlyozni.

Mélyhúzó sabászonalkatrészekhez szerszámacél-kiválasztás

A mélyhúzásos fémsajtoló műveletek súlyos igénybevételnek teszik ki az eszközöket. A nyomótárcsák minden ütésnél súrlódással járó érintkezésben vannak az anyaggal. Az üregek nyomóterhelést viselnek el, miközben pontos geometriát tartanak fenn. Az alakítószerszámoknak vezetniük kell az anyagáramlást, ugyanakkor ellenállniuk kell a reszelődésnek, amely akkor lép fel, amikor hasonló fémek nyomás alatt érintkeznek egymással.

Milyen tényezőknek kell meghatározniuk az Ön szerszámacél-kiválasztását? Vegye figyelembe a következő változókat:

• Termelési mennyiség - Kis darabszámú prototípusgyártás más anyagokat igényel, mint egy millió darabos autóipari program
• Munkadarab anyaga - A rozsdamentes acél mélyhúzása nagyobb kopást okoz a szerszámokban, mint az ömlesztett acél vagy az alumínium
• Rész összetettsége - A bonyolult geometriák bizonyos helyeken koncentrálják a feszültséget, így javított kopásállóságot igényelnek
• Felszín Bejárás követelményei - Díszítő elemekhez olyan szerszámok kellenek, amelyek megőrzik a felületük fényességét a teljes gyártási folyamat során
• Karbantartási képesség - Egyes anyagok speciális hőkezelést vagy felújításhoz szükséges köszörűberendezést igényelnek

Az ASM kézikönyv a sajtolóformák kiválasztásánál figyelembe veendő gyártási változókat vizsgálja, amelyek befolyásolják a vasalapú, nem vasalapú, sőt műanyag formázóanyagok közötti választást. Mélyhúzott fémalkalmazások esetén az esztergácselék dominálnak, de az adott minőség rendkívül fontos.

Öntőszerszám-anyagban	Alkalmazás	Keménységi tartomány (HRC)	Kopásállóság	Legjobb felhasználási esetek
D2 szerszámacél	Formák, ütőszerszámok, lemezrögzítők	58-62	Kiváló	Nagy térfogatú gyártás; abrazív anyagok; acéllemez mélyhúzása
A2 szerszámacél	Ütőszerszámok, közepes kopásállóságú formák	57-62	Jó	Közepes mennyiségű gyártás; jó szívósság ütés terheléshez
M2 gyorsacél	Forró keménységet igénylő ütőszerszámok	60-65	Nagyon jó.	Gyors üzemű műveletek; magas hőmérsékletű alkalmazások
Karbid (Wolframkarbid)	Nagy kopásállóságú betétek, simítógyűrűk	75–80 (HRA egyenértékű)	Kiváló	Milliónyi darabos sorozatgyártás; rozsdamentes acél mélyhúzása; precíziós méretek
O1 szerszámacél	Prototípus sablonok, kisbőrűségű ütőszerszámok	57-62	Mérsékelt	Rövid sorozatok; jól megmunkálható; hajlítható fémlapok kézműves alkalmazásokhoz

Vegye figyelembe, hogyan befolyásolja a gyártási mennyiség minden döntést. Prototípusos szerszámkészítéshez vagy rövid sorozatokhoz, amelyek hajlítható fémlapokat foglalnak magukban kézműves vagy hasonló kis sorozatú alkalmazásokhoz, az O1-es vagy akár a felületi keményítésű lágyacél is elegendő lehet. Autóipari gyártási mennyiségek esetén azonban a D2-es acél vagy karbidbetétek gazdaságosan indokoltak, annak ellenére, hogy kezdeti költségük magasabb.

Az ütőszerszám és az alakforma anyagpárosításának szempontjai

Az egyéni alkatrészek kiválasztása nem elegendő. A bélyeg és az anyaméret anyagának kölcsönhatása befolyásolja a ragadásállóságot, a kopási mintázatot és az eszköz élettartamát. Az ASM Handbook szerint a ragadás a mélyhúzó szerszámok tipikus kopásának oka. Amikor hasonló anyagok érintkeznek egymással a fémsajtolás nyomása és csúszási viszonyai között, mikroszkopikus hegesztődés és szakadás jön létre.

Vegye figyelembe ezeket az illesztési elveket:

• Ne legyen azonos keménység - Ha a bélyeg és az anya azonos keménységű, mindkettő gyorsan elkopik. Legalább 2–4 HRC keménységkülönbséget kell megadni az alkatrészek között.
• A keményebb alkatrész érintse a munkadarab kritikus felületét - Ha a darab külső megjelenése a legfontosabb, az anyát tegye keményebbé. Ha a belső felület kritikus, akkor a bélyeget keményítse meg.
• Fontolja meg különböző anyagok használatát - Bronzból vagy alumínium-bronzból készült tárcsafogók és acél szerszámanyák párosítása csökkenti a ragadás hajlamát alumínium ötvözetek húzásakor.
• Illessze össze a hőtágulási együtthatókat - Pontos mélyhúzásos fémsajtálás esetén a bélyeg és az anya hasonló hőtágulása megtartja a hézagokat a gyártási folyamat során.
• Vegye figyelembe a bevonatkompatibilitást - Egyes felületkezelések jobban teljesítenek adott kockázati acélbázisokkal szemben.

Felületkezelések és bevonatok a kockák élettartamának növeléséhez

Még a legjobb szerszámacél is profitál a felületjavításból. A szerint, ASM Handbook , lehetőségek közé tartoznak olyan felületi bevonatok, mint a krómlemez, valamint felületkezelések, mint a karbonitridálás vagy karbonitrálás alacsony ötvözetű acélokhoz, illetve nitridálás és fizikai gőzlerakódásos bevonat szerszámacélokhoz. Mindegyik kezelés konkrét kopási mechanizmusokra irányul.

Nitridelés nitrogént diffundál az acélfelületbe, kemény réteget hozva létre méretemváltozás nélkül. Ahogy az AZoM magyarázza, a nitridálás növeli a szerszámfelület kopásállóságát és keménységét. Különösen ideális súrlódó anyagokat tartalmazó alkalmazásokhoz. Mélyhúzó kockák esetén a nitridálás jelentősen meghosszabbítja az élettartamot bevonatos acélok vagy nagy szilárdságú ötvözetek alakításakor.

Kromrezgép egy kemény, alacsony súrlódású felületi réteget visz fel. Az AZoM szerint a kemény krómozás jelentősen növeli a felületi keménységet, akár 68 HRC-ig terjedő értékeket elérve. Különösen hasznos szerkezeti acélok, réz, széntartalmú acélok és sárgaréz alakításánál. A sima krómfelület javítja az alkatrészek kioldását, és csökkenti a kenőanyag-igényt.

Titán-nitrid (TiN) a bevonat fizikai gőzleválasztással (PVD) kerül fel, aranyszínű kerámia réteget létrehozva. Az AZoM megjegyzi, hogy a magas keménység és az alacsony súrlódás kombinációja jelentősen meghosszabbítja a használati élettartamot. A TiN drámaian csökkenti a ragadás hajlamát, így különösen értékes az olyan rozsdamentes acélok mélyhúzásánál, ahol a tapadó kopás problémát jelenthet a bevonat nélküli szerszámoknál.

Titán-karbonitrid (TiCN) keményebb, alacsonyabb súrlódású alternatívát kínál a TiN-hez képest. Az AZoM szerint jó kopásállósággal rendelkezik, ugyanakkor rugalmasságot és keménységet is biztosít. Olyan fémek mélyhúzásához, amelyek egyaránt igényelnek kopásállóságot és ütésállóságot, a TiCN kiváló egyensúlyt nyújt.

Titán-alumínium-nitrid (TiAlN) kiválóan teljesít igénybevett körülmények között. Az AZoM leírása szerint magas oxidációs stabilitással és szívóssággal rendelkezik, alkalmas magasabb sebességekre, miközben növeli az eszköz élettartamát. Nagy mennyiségű mélyhúzott fémgyártás esetén, ahol jelentős hő keletkezik, a TiAlN fenntartja teljesítményét ott, ahol más bevonatok már degradálódnak.

Amikor a keményfém betétek indokolják árkülönbözetüket

A keményfém szerszámok lényegesen drágábbak, mint a edzett szerszámacélból készültek. Mikor térül meg ez a beruházás? Több forgatókönyv is létezik, amikor a keményfém gazdaságilag előnyösebb választás:

• Gyártási mennyiség 500 000 darab felett - A keményfém hosszabb élettartama lehetővé teszi, hogy a kezdeti költség több darabra oszlik el, csökkentve így az egységre jutó szerszámköltséget
• Szoros dimenziós toleranciák - A keményfém kopásállósága sokkal tovább fenntartja a kritikus méreteket, mint az acél, így csökken a beállítások gyakorisága
• Kopásra hajlamos alapanyagok - A nagy szilárdságú alacsony ötvözetű acélok és rozsdamentes acélminőségek drasztikusan felgyorsítják az acél sablonok kopását
• Irányító (ironing) műveletek - Az intenzív csúszó érintkezés az oldalfal irányítása során gyorsan tönkreteszi az acél szerszámokat
• Leállásérzékenység - Amikor a gyártási megszakítások költsége magasabb, mint az eszközöké, a karbid megbízhatósága indokolttá teszi a prémium árképzést

Acéllal kötött karbidok köztes megoldást nyújtanak. Az ASM Handbook szerint az acéllal kötött karbidok kopásállóságot biztosítanak, amely megközelíti a tömör karbidét, ugyanakkor jobb ütésállósággal és megmunkálhatósággal rendelkeznek. Összetett sablon geometriák esetén, ahol a tömör karbid túlságosan drága lenne, az acéllal kötött alternatívák kiváló teljesítményt nyújtanak.

Gyártási mennyiség és anyagválaszték gazdaságossága

A várható gyártási mennyiség alapvetően meghatározza az anyagválasztást. Vegye figyelembe a következő fokozatokat:

Prototípus és alacsony mennyiség (1000 darab alatt): Lágy szerszámanyagok, például lágyacél vagy alumínium alkalmasak kezdeti próbákhoz. Még nem edzett O1 szerszámacél is elegendő lehet. A cél a alkatrészterv érvényesítése, nem a maximális szerszámélettartam.

Közepes mennyiség (1000–100 000 darab): A keményített A2 vagy D2 szerszámacélok válnak szabványossá. Felületkezelések, mint például nitrogénezés vagy krómozás meghosszabbítják az élettartamot jelentős kezdeti beruházás nélkül.

Nagy mennyiségű (100 000–1 000 000 darab): Prémium D2 anyag PVD bevonatokkal vagy karbidbetétekkel a kritikus kopóhelyeken. Az eszközök módosításának költségei a gyártási folyamat során indokolják a magasabb kezdeti anyagköltséget.

Tömeggyártás (több mint 1 000 000 darab): Karbidbetétek, több tartalék sablonkészlet és átfogó felületkezelési programok. Az eszközök ekkor tőkejellegű eszközzé válnak, amelyek élettartamra vonatkozó költségelemzést igényelnek.

Komplex sablonanyag-megoldásokért való együttműködés

A sablonanyag kiválasztása nem létezik elkülönülten. Minden más tervezési döntéssel összefügg: sugárméretek, alakítólemez-erő, felületminőségi követelmények és gyártási ütemterv. A tapasztalt sablontervező partnerek az anyagkiválasztást az eszközök komplex megoldásainak részeként kezelik, figyelembe véve a kezdeti költségeket és a termelési teljesítményt.

Mi különbözteti meg a képzett partnereket? Olyan mérnöki csapatokat keressen, amelyek a tervezési folyamat során foglalkoznak az anyagválasztással, nem pedig utólagosan. A gyors prototípusgyártás akár öt napon belül is demonstrálja a gyártási rugalmasságot, amely lehetővé teszi az anyagválasztások gyakorlati értékelését. Az OEM-szabványokhoz igazított költséghatékony szerszámkészítés tükrözi azt a tapasztalatot, amely az anyagbefektetést a tényleges termelési igényekhez igazítja.

Shaoyi komplex formatervezési és gyártási képességei szemléltetik ezt az integrált megközelítést. Az IATF 16949 tanúsítványuk biztosítja, hogy az anyagválasztási döntések dokumentált minőségi eljárások szerint történjenek. Akár karbidbetétekre van szükség egy millió darabos rozsdamentes acélgyártáshoz, akár gazdaságos edzett acélra a prototípus-ellenőrzéshez, a teljeskörű sablontervezési szolgáltatások olyan anyagmegoldásokat nyújtanak, amelyek pontosan illeszkednek az Ön specifikus igényeihez.

Az anyag kiválasztása kiegészíti a mélyhúzószerek tervezési útmutatójának eszköztárát. A húzási arány kiszámításától kezdve a szimulációs érvényesítésen át az anyagmeghatározásig, most már rendelkezik a technikai alappal olyan szerszámok fejlesztéséhez, amelyek hibátlan alkatrészeket állítanak elő a teljes gyártási mennyiségen keresztül.

Gyakran Ismételt Kérdések a Mélyhúzószerek Tervezéséről

1. Mi a megfelelő szerek közötti rés mélyhúzás műveleteihez?

A szerek közötti résnek 10-20%-kal kell nagyobbnak lennie az anyag vastagságánál, hogy megakadályozza a fém koncentrálódását a szerek tetején, miközben fenntartja a falak ellenőrzését. 0,040" anyag esetén 0,044"-0,048" rést kell megadni. Szűkebb rések szándékosan simítják a falakat az egységes vastagság érdekében, míg a túl nagy rés okozza a falak redőzését. A szakértői szerektervezők, mint például a Shaoyi, CAE szimulációt használnak az anyagokhoz és geometriákhoz igazított rés optimalizálására, így érve el a 93% első alkalommal elfogadott arányt.

2. Hogyan számoljuk ki a kiinduló lemez méretét mélyhúzás esetén?

A kiinduló alak méretének kiszámítása a térfogat-megmaradás elve alapján: a kiinduló alak felülete megegyezik a kész alkatrész felületével. Hengeres edények esetén használja az Rb = √[Rf × (Rf + 2Hf)] képletet, ahol Rb a kiinduló alak sugara, Rf az edény sugara, Hf pedig az edény magassága. Adjunk hozzá 2× anyagvastagságot vágási ráhagyásnak, valamint 3–5%-ot vékonyodási kompenzációként. Összetett geometriák esetén pontosabb eredmény érhető el CAD-alapú felületszámítással.

3. Mi okozza a redőzést és szakadást a mélyhúzott alkatrészeknél?

A redőzés a lemezbefogó nyomásának elégtelenségéből adódik, amely lehetővé teszi a nyomott övezetben (peremzónában) történő összenyomódási horpadást. A szakadás akkor következik be, ha a befogó nyomása túl nagy, vagy a szerszámlekerekítések nem megfelelőek, így akadályozva az anyagáramlást, ami a kivágó orr közelében olyan húzófeszültséget eredményez, amely meghaladja az anyag szilárdságát. Megoldások: a lemezbefogó erő fokozatos beállítása, a kivágó/szerszám lekerekítések növelése 4–10× anyagvastagságra, valamint a kenés javítása. A szimulációval validált tervek ezeket a hibákat megelőzik a szerszámgyártás előtt.

4. Hány húzásfokozat szükséges a mélyhúzáshoz?

A fokozatok szükségessége a teljes redukciós százaléktól függ. Az első húzás során 45–50% redukció érhető el, a következő húzásoknál pedig rendre 25–30%, illetve 15–20%. A fokozatok számát úgy határozza meg, hogy kiszámítja a szükséges teljes redukciót (a kiinduló lapátmérőtől a végső átmérőig), majd ezt anyagfüggő, fokozatonkénti korlátokkal osztja el. Általában több fokozat szükséges az olyan alkatrészekhez, amelyeknél a mélység-átmérő arány meghaladja az 1,0-et. Közbenső izzítást kell tervezni, ha az összegzett redukció a anyagtól függően meghaladja a 30–45%-ot.

5. Melyek az ajánlott üstök és kivágóforma-sugár specifikációk?

A kivágó él sugara a anyagvastagság 4–10-szerese legyen, hogy eloszolja a feszültséget és megakadályozza a szakadást. Az aljzat belépési sugara az anyagvastagság 5–10-szeresére van szükség, hogy sima átmenetet biztosítson. A vékonyabb lemezeknél nagyobb rádiusz-többszörösök szükségesek. 0,030"–0,060" vastagságú anyagnál a kivágó él sugarát az anyagvastagság 5–8-szorosára, az aljzat sugarát pedig 6–10-szeresére kell megadni. Nem hengeres alkatrészeknél a belső sarkok minimális sugara az anyagvastagság kétszerese legyen, de az anyagvastagság 3–4-szerese ajánlott, hogy csökkentsük a húzásifokok számát.