TL;DR

A mélyhúzásos sajtálás repedéseinek megelőzése pontos megkülönböztetést igényel két alapvető meghibásodási formában: szakadás (szakító törés a falazat elvékonyodása miatt) és törés (nyomó törés az alakítási keményedés következtében). Az hatékony megelőzés a hiba geometriájának diagnosztizálásával kezdődik; a sugárnál lévő vízszintes „mosolyok” általában széthúzódást jeleznek, míg a függőleges repedések a falban nyomó törést jeleznek. A mérnököknek három kritikus változót kell ellenőrizniük: biztosítaniuk kell, hogy a Határ Húzási Arány (LDR) 2,0 alatt maradjon, a sablonsugarakat a anyagvastagság 4–10-szeresén belül kell tartani, és optimalizálni kell a tribológiát a súrlódásból eredő feszültség csökkentése érdekében. Ez az útmutató egy alapvető okanalízis keretrendszert nyújt ezeknek a költséges gyártási hibáknak az eltüntetésére.

A meghibásodás fizikája: széthúzódás vs. repedés

A mélyhúzásos sajtolás során a „szakadás” és a „repedés” kifejezéseket gyakran felcserélhetően használják a gyártóüzemekben, holott ellentétes meghibásodási mechanizmusokat írnak le. Ennek a különbségnek a megértése a hibaelhárítás egyetlen legfontosabb lépése, mivel a helytelen korrekciós intézkedés alkalmazása súlyosbíthatja a hibát.

Szakadás olyan húzószilárdsági hiba, amely akkor következik be, amikor a fém az ultimátus húzószilárdsága felett nyúlik meg. A jellemzője a lemezanyag túlzott elvékonyodása (nyakasodás). Külsőleg a szakadás vízszintes repedések vagy „mosolyok” formájában jelenik meg, amelyek általában éppen a bélyeg sugara felett vagy a kivágó sablon sugara közelében helyezkednek el. Ez a hibamód azt jelzi, hogy az anyagot túlságosan erősen tartják vissza – akár súrlódás, akár a nyomótárcsa nyomása vagy a szűk geometria miatt –, így inkább megnyúlik, semsem áramlik.

Törés (vagy "szezonrepedés" rézötvözetekben és rozsdamentes acélokban) gyakran a túlzott hidegalakításból eredő nyomóerő okozta hiba. Amikor az alakítandó lemez belesüllyed az anyaméretbe, a fém kerülete csökken, ami anyagot nyomófeszültségbe kényszeríti. Ha ez a nyomás meghaladja az anyag teherbírását, a kristályszerkezet összekapcsolódik és rideggé válik (keményedés alakításkor). A repedésekkel ellentétben a nyomó repedésnél az anyag gyakran vastagabb szakadás probléma, míg a repedés egy áramlási korlátozás áramlási többlet probléma (ami keményedéshez vezet), lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy hatékonyan azonosítsák az okot. probléma (ami keményedéshez vezet), lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy hatékonyan azonosítsák az okot.

Kritikus szerszámgeometria: Kerekítések, hézagok és LDR

A szerszámgeometria határozza meg, hogy a fém hogyan áramlik be az alakítóüregbe. Ha a geometria korlátozza az áramlást, a húzófeszültség csúcsot ér el; ha túl nagy szabadságot enged, redőzés keletkezik, ami nyomótöréshez vezet. Három geometriai paraméter – rádiuszok, hézag és mélységihúzási arány – szolgál elsődleges szabályozóként.

• Kivágó és ütőszerszám rádiuszok: A hegyes rádiuszok vágóéleként működnek, megállítják az anyagáramlást, és azonnali szakadáshoz vezetnek. Egy általános mérnöki tapasztalati szabály szerint a kivágó és az ütőszerszám rádiuszának 4-től 10-szeres anyagvastagság (t) -ig kell esnie. A 4t-nél kisebb rádiusz korlátozza az áramlást, helyi vékonyodást okoz. Ellenkező esetben a 10t-nél nagyobb rádiusz csökkenti a lemezbefogóval való érintkezési felületet, így redők képződhetnek, amelyek aztán beszorulva megrepedeznek az alakítóüregbe húzás során.
• Sablonrések: Az ütőszerszám és a kivágó közötti résnek helyet kell biztosítania az anyag vastagságának, valamint egy áramlási tűrést. Az ipari szabvány célja 10%–15% hézag a anyagvastagság felett (1,10t-től 1,15t-ig). A nem elegendő réselés kihengertezi az anyagot (összenyomja), ami súrlódáshoz és alakító keményedéshez vezet. A túlzott réselés elveszíti az irányítást, ami falhorpadáshoz és szerkezeti instabilitáshoz vezethet.
• Húzási arány korlátja (LDR): Az LDR a kiinduló lemez átmérőjének és az üregesítődugattyú átmérőjének aránya. Egyetlen húzási művelet esetén, edzés nélkül ez az arány általában nem haladhatja meg a 2.0. Ha a lemez átmérője több mint kétszerese az üregesítődugattyú átmérőjének, akkor az anyagmennyiség, amely a torkolatba próbál beáramlani, óriási nyomó ellenállást hoz létre, ami gyakorlatilag kudarcot garantál, hacsak nem alkalmaznak újrahúzásos eljárást.

Anyagtudomány: Fémek és alakító keményedés

A sikeres mélyhúzás nagymértékben függ a lemez metallurgiai tulajdonságaitól. Két kulcsfontosságú érték, amelyet az anyagminősítéseken található – az n-értékű (alakítási keményedési exponens) és a hőátbocsátási tényező (R-érték) (plasztikus alakváltozási arány) — előrejelzi, hogyan viselkedik egy fém feszültség hatására. Egy magas n-érték lehetővé teszi az anyag egyenletes nyúlását helyi szűkülés nélkül, míg egy magas r-érték a vékonyodással szembeni ellenállást jelzi.

A rozsdamentes acél, különösen a 300-as sorozat, különleges kihívások elé állítja a megmunkálókat a gyors keményedési hajlama miatt. Ahogy a kristályrács deformálódik, az ausztenitből martenzitté alakulhat, amely keményebb és ridegebb fázis. Ez az átalakulás a késleltetett repedés fő okozója, amikor egy alkatrész a sajtolás után tökéletesnek tűnhet, de órákkal vagy napokkal később eltörik a maradék belső feszültségek miatt. Ennek csökkentésére a mérnökök gyakran bevezetnek közbenső izzítást a személyszerkezet újraállításához, vagy olyan anyagokra váltanak, amelyek magasabb nikkel-tartalommal rendelkeznek, így stabilizálva az ausztenites fázist.

Folyamatparaméterek: Kenés és lemezszorító nyomás

Ha a geometria és az anyagok adottak, a folyamatváltozók határozzák meg a gyártási sorozat sikerét. A tribológia – a súrlódás- és kenéstan – kritikus fontosságú. Mélyhúzásnál a cél a szerszám és a munkadarab elválasztása egy határfilm révén, hogy megakadályozzuk a ragadást (tapadásos kopást). A ragadás húzófeszültséget okoz, amely jelentősen növeli a húzófeszültséget, és repedéshez vezethet. Nagy igénybevételű húzásoknál extrém nyomásálló (EP) kenőanyagok, amelyek ként vagy klórt tartalmaznak, gyakran szükségesek ahhoz, hogy ezt a filmet magas hőmérsékleten is fenntartsák.

A lemezbefogó nyomás a lemezáramlás szabályozójaként funkcionál. Ha a nyomás túl magas, a lemez befogódik, ami húzórepedést okozhat a dörzsár sugara mentén. Ha a nyomás túl alacsony, a lemez redőződik a peremnél. Ezek a redők hatékonyan megvastagítják az anyagot, amely ezután beszorul a bélyeg üregébe lépve, összenyomási repedést okozva. A „célzóna” a befogó nyomás számára keskeny, és folyamatos figyelést igényel.

Ennek az egyensúlynak a megteremtése — tömeg, precíziós szerszámok és összetett anyagviselkedés — gyakran speciális képességeket igényel, amelyek túlmutatnak a szabványos sajtolóüzemek lehetőségein. Olyan járműipari és ipari alkatrészeknél, ahol a meghibásodás nem opció, A Shaoyi Metal Technology komplex bélyegzési megoldásai hidat építenek a prototípusgyártás és a tömeggyártás között. Az IATF 16949 minősítésű precizitást és akár 600 tonnás sajtolóerőt kihasználva olyan kritikus alkatrészeket gyártanak, mint például a futóművek lengéscsillapítói, szigorúan betartva a globális OEM szabványokat, így még a legnehezebb mélyhúzású geometriák is hibamentesen kivitelezhetők.

Hibaelhárítási mátrix: Lépésről lépésre útmutató

Amikor hiba jelentkezik a gyártósoron, egy rendszerszerű megközelítés időt takarít meg és csökkenti a selejt mennyiségét. Ezt a diagnosztikai mátrixot használja annak azonosítására, hogy a hiba valószínű okozója mi lehet a tünet alapján.

Következtetés: A húzás mestere

A mélyhúzásos sajtolás repedéseinek megelőzése ritkán egyetlen változó javításáról szól; inkább az áramlás egyenlegéről van szó. A szakadás húzómechanikájának és a repedés nyomómechanikájának elkülönítésével a mérnökök célzott megoldásokat alkalmazhatnak a találgatás helyett. A siker a geometriai szabályok szigorú betartásában rejlik — a húzási mérték konzervatív tartása és a nagy sugarú kerekítések alkalmazása —, valamint a folyamat hőmérsékletének és súrlódásának gondos kezelésében. Ha ezek a fizikai elvek minőségi fémalappal és pontos szerszámozással kerülnek összhangba, akkor még a legmerészebb mélyhúzások is hibamentesen elvégezhetők.