Supratimas apie raukšlėjimąsi giliojoje štampavimo operacijoje

Kai plokščią metalinę заготовkę traukiate į trimatę formą, kažkas turi pasikeisti. Medžiaga suspaudžiama, išsitempia ir tekėja į šablonų ertmę. Kai šis procesas nepavyksta, atsiranda raukšlės – bangos pavidalo nelygumai, kurie pažeidžia detalės išvaizdą ir konstrukcinę vientisumą. Šis defektas išlieka vienu iš pastoviausių iššūkių lakštinio metalo formavimas , veikdamas viską – nuo automobilių kuzovų skydų iki gėrimų skardinių.

Raukšlėjimasis giliojoje štampavimo operacijoje esminiu požiūriu yra vietinis išlinkimas. Jis atsiranda tada, kai lakštinio metalo suspaudimo įtempimai viršija medžiagos gebėjimą pasipriešinti išplokščiai deformacijai. Rezultatas? Sulankstymai, bangos arba įdubimai, dėl kurių detalės tampa netinkamos naudoti arba reikalauja brangios papildomos apdorojimo operacijos jų ištaisyti.

Kas yra raukšlėjimasis giliojoje štampavimo operacijoje

Šio defekto esmė yra nestabilumo problema. Kai įrankis verčia ruošinį į štampo ertmę, vainiko sritis patiria spindulinę tempiamąją įtempį, traukiančią ją į vidų, tuo pat metu patirdama apskritiminę gniuždymo įtempį, kai jos skersmuo mažėja. Kai ši apskritiminė gniuždymo įtempis tampa per didelė, lakštas išsilenkia.

Vainiko raukšlėjimas prasideda tuomet, kai apskritiminė gniuždymo įtempis vainike viršija medžiagos vietinę išsilenkimo atsparumą, dėl ko lakštas išsilenkia iš plokštumos.

Šis mechaninis principas paaiškina, kodėl plonesni lakštai raukšlėjasi lengviau nei storesni ir kodėl tam tikros medžiagų rūšys labiau linkusios šiam defektui nei kitos. Ruošinio laikytuvas taiko žemyn nukreiptą slėgį būtent tam, kad priešintųsi šiam išsilenkimo reiškiniui, tačiau tinkamo balanso pasiekimas – tai tikroji inžinerinė iššūkis.

Vainiko raukšlėjimas prieš sienelės raukšlėjimą – du skirtingi sugadinimo būdai

Ne visos raukšlės yra vienodai susidarančios. Supratimas, kur jos susidaro, yra pirmasis žingsnis jų sprendimo kryptimi. Tyrimas, paskelbtas „ Medžiagų apdorojimo technologijos žurnale šį defektą klasifikuoja į du mechaniskai skirtingus tipus:

• Lankstymo raukšlės susidaro plokščioje šablono dalyje, kuri lieka tarp šablono laikiklio ir štampuojamojo kalapo traukimo metu. Šioje srityje medžiaga į vidų tekėdama patiria tiesioginį suspaudimą.
• Sienos raukšlės susidaro ištrauktoje šoninėje sienoje arba puodelio sienoje po to, kai medžiaga praeina per štampuojamojo kalapo spindulį. Ši sritis yra santykinai neturinti įrankių paramos, todėl ji labiau linkusi link lankstytis esant mažesniems įtempimams.

Šie du gedimo režimai turi tą pačią šakninę priežastį – suspaudžiamąjį apskritiminį įtempimą, tačiau jie reaguoja į skirtingus taisomuosius veiksmus. Sienelės raukšlėjimas pasireiškia daug lengviau nei vainiko raukšlėjimas, nes šoninė sienelė neturi tiesioginio laisvojo žiedinio laikiklio sukurtos apribojamosios jėgos. Sienelės raukšlių slopinimas keičiant laisvojo žiedinio laikiklio jėgą yra sudėtingesnis, nes ši jėga veikia daugiausia spindulinį tempiamąjį įtempimą, o ne tiesiogiai riboja sienelę.

Taigi štai organizacinis klausimas, kuris turėtų vadovauti jūsų gedimų šalinimui: kur susidaro jūsų raukšlės? Atsakymas nustato jūsų diagnostinį kelią ir galimus sprendimus. Raukšlė ant vainiko krašto rodo nepakankamą laisvojo žiedinio laikiklio jėgą arba per didelį lakštą. Raukšlė ištrauktoje sienelėje rodo per didelį kalaplio–matricos tarpą arba nepakankamą sienelės atramą. Šių problemų laikymas vienodais veda į laiko švaistymą ir toliau gaminamų brokuotų detalių padidėjimą.

Visame šiame straipsnyje grįšime prie šio vietos pagrindu paremto diagnostinio požiūrio. Ar dirbtumėte plieno gamyboje, ar tikslausios metalo gamybos komponentų gamyboje, fizikiniai dėsniai lieka tie patys. Defektas nurodo, kur reikia žiūrėti; jūsų užduotis – suprasti, ką jis jums sako.

Susiraukšlėjimo atsiradimo mechanika

Norint suprasti, kodėl susidaro raukšlės, reikia ištirti, kas vyksta su metalu traukimo metu. Įsivaizduokite ruošinio vainiką kaip žiedinį ratuką, kuris traukiamas į vidų link kalno. Kai išorinis skersmuo mažėja, turi sumažėti ir apskritimo ilgis. Šis medžiagos kiekis turi kur nors eiti, o kai jis negali tekėti lygiai, medžiaga išlinksta aukštyn arba žemyn, suformuodama raukšles.

Skamba sudėtingai? Iš tikrųjų tai yra paprasta, jei viską išskleisime. Vainikas tuo pačiu metu patiria du priešingus įtempimus: spindulinis tempiamasis įtempis, traukiantis medžiagą linksmiai į štampavimo formos ertmę ir apskritiminė suspaudžiamoji įranga, spaudžianti medžiagą, kai jos perimetras susitraukia. Kai apskritiminė suspaudžiamoji įranga viršija lakšto gebėjimą pasipriešinti išplokščinei deformacijai, prasideda išlinkimas.

Apskritiminė suspaudžiamoji įranga ir išlinkimas – mechaninis pagrindinis priežastis

Įsivaizduokite, kaip suspaudžiate tuščią aliuminio skardinę iš viršaus. Cilindrinė siena išlinksta į išorę, nes suspaudžiamoji apkrova viršija plonos sienos atsparumą šoninei deformacijai. Tas pats principas taikomas flanšui giliojoje štampavimo operacijoje, tik čia suspaudymas veikia apskritiminėje, o ne ašinėje kryptimi.

Trys geometriniai ir medžiaginiai veiksniai nulemia tai, kaip lengvai lakštas išslinks šios suspaudžiamosios įrangos poveikiu:

• Lakšto storis: storesni lakštai išslinksta lengviau, nes išlinkimo atsparumas didėja proporcingai storiui kubu. Lakštas, kurio storis dvigubai mažesnis, turi tik vieną aštuntąją išlinkimo atsparumo.
• Medžiagos standumas (elastingumo modulis): Aukštesnio modulio medžiagos efektyviau pasipriešina elastingajam išlinkimui. Todėl aliuminio lydiniai, kurių elastingumo modulis yra maždaug trečdalis plieno elastingumo modulio, esant vienodai storio sąlygoms, yra labiau linkę susiraukšlėti.
• Nepalaikomos kraštinės plotis: Atstumas tarp štampo angos ir ruošinio krašto nulemia, kiek medžiagos laisvai gali išsilenkti. Platesnė nepalaikoma sritis reiškia mažesnę išlinkimo atsparumą, panašiai kaip ilgesnis stulpas išsilenkia mažesne apkrova nei trumpesnis.

Tyrimai iš Ohajo valstijos universitetas šią priklausomybę eksperimentiškai parodė naudodamas AA1100-O aliuminio ruošinius. Kai laikiklio jėga buvo nustatyta į nulį, kraštinė susiraukšlėjo beveik iš karto po formavimo pradžios. Didėjant varžančiajai jėgai, susiraukšlėjimas buvo uždelstas, o viršijus kritinę ribą – susiraukšlėjimai buvo visiškai pašalinti.

Kaip medžiagos savybės lemia susiraukšlėjimo riziką

Čia jūsų medžiagos duomenų lapas tampa diagnostikos įrankiu. Trys savybės tiesiogiai veikia medžiagos reakciją į suspaudimo įtempimus, kurie sukelia raukšles: takumo riba, deformacijos kietėjimo rodiklis (n-reikšmė) ir plastinė anizotropija (r-reikšmė).

Takumo riba apibrėžia įtempimų lygį, kuriame prasideda plastinė deformacija. Mažesnės takumo ribos medžiagos įeina į plastinį srautą anksčiau traukimo eigoje, kas iš tikrųjų gali padėti perpaskirstyti įtempimus ir uždelsti išlinkimą. Eksperimentiniai tyrimai su komerciškai grynomis aliuminio rūšimis parodė, kad lydiniai su žemesniu takumo įtempimu pasižymėjo geresne atsparumu raukšlėms, jei kitos savybės buvo palankios.

N-reikšmė arba deformacijos kietėjimo rodiklis apibūdina, kaip greitai medžiaga sustiprėja deformuojantis. Aukštesnės n-reikšmės medžiagos deformaciją paskirsto tolygiau visame krašte, o ne koncentruoja ją vietinėse zonose. Toks tolygus deformacijos paskirstymas sumažina vietinio išlinkimo tikimybę. Kaip paaiškina MetalForming Magazine, n-reikšme charakterizuojamas darbo kietėjimas sumažina tendenciją vietiniam plonėjimui labai deformuotose vietose. Tas pats principas taikomas ir raukšlėjimuisi: vienodai kietėjančios medžiagos pasipriešina vietinėms nestabilumų būsenoms, kurios inicijuoja išlinkimus.

R-reikšmė, arba plastinė anizotropijos santykis, rodo, kaip medžiaga pasipriešina plonėjimui lyginant su deformacija plokštumoje. Aukštesnės r-reikšmės medžiagos deformuojasi pirmiausia plokštumos kryptimi, o ne per lapo storį. Tai svarbu raukšlėjimui, nes išlaikant vainiko storį išlaikoma atsparumas išlinkimui visą įtraukimo eigą. Medžiaga, kuri greitai plonėja, praranda gebėjimą pasipriešinti suspaudžiamajam išlinkimui, kai operacija tęsiamasi.

Krypties ryšiai aiškūs:

• Aukštesnė n-reikšmė = vienodesnė įtempimo pasiskirstymo = geresnė raukšlėjimo atsparumas
• Aukštesnė r-reikšmė = mažesnis plonėjimas = išlaikyta atsparumas išlinkimui visą eigą
• Žemesnė takumo riba (su pakankama n-reikšme) = ankstesnis plastinis srautas = geresnis įtempties persiskirstymas

Šie ryšiai paaiškina, kodėl medžiagų pasirinkimas nėra tik stiprumo klausimas. Aukšto stiprumo plienas su ribota ištįsimo galimybe ir žemu n-reikšme gali būti labiau linkęs susiraukšlėti nei žemesnio stiprumo plieno rūšis su geromis deformuojamumo savybėmis. Tas pats logikos principas taikomas lyginant plieną su aliuminiu: net kai aliuminio suvirinimas ar sujungimas nekelia problemų, aliuminio lydinių mažesnis tamprumo modulis reiškia, kad reikia kitokių technologijų, kad būtų užkirstas kelias susiraukšlėjimui.

Nustačius šiuos mechaninius pagrindus, kyla kitas praktinis klausimas: kaip traukimo santykis ir iškirpimo geometrija veikia susiraukšlėjimo pradžios laiką ir vietą?

Traukimo santykis ir iškirpimo geometrija kaip susiraukšlėjimo kintamieji

Dabar, kai suprantate suspaudimo įtempimus, kurie sukelia raukšlių susidarymą, kyla kitas praktinis klausimas: kiek medžiagos iš tikrųjų galima ištempti, kol šie įtempiai taps nevaldomi? Atsakymas slypi dviejuose tarpusavyje susijusiuose kintamuosiuose, kuriuos daugelis inžinierių nepastebi iki tol, kol problemos pasirodo gamykloje: ištempimo santykis ir заготовės geometrija .

Įsivaizduokite, kad bandote per mažą žiedą pritraukti didelį apskritą staltiesėnį. Kuo daugiau audinio turite pradėdami lyginant su žiedo skersmeniu, tuo labiau jis susiraukšlėja ir susiklosto. Giliuoju ištempimu tai veikia taip pat. Jūsų pradinės заготовės dydžio ir galutinio kalno skersmens santykis nulemia, kiek apskritiminio suspaudimo turi absorbuoti kraštai ir ar šis suspaudimas lieka valdomose ribose ar sukelia išlinkimą.

Ištempimo santykis ir jo poveikis raukšlių susidarymo pradžiai

The ribinis ištempimo santykis (LDR) apibrėžia didžiausią įtempimo santykį tarp plokštės skersmens ir įtempimo įrankio skersmens, kuris gali būti sėkmingai įtemptas be žlugimo. Kai šis ribinis dydis viršijamas, suspaudžiamojo krašto medžiagos tūris tampa pernelyg didelis. Dėl to atsirandantis žiedinis įtempis viršija lakšto atsparumą išlinkimui, todėl susidaro raukšlės nepaisant to, kiek stiprumo jėgos taikoma plokštės laikytuvui.

Štai kodėl tai svarbu: kai įtempimo santykis didėja, kiekvienoje įtempimo eigoje į vidų turi tekėti daugiau medžiagos. Ši papildoma medžiaga sukuria didesnį aplinkinį suspaudimą krašte. Jei įtempimo įrankis yra pakankamai didelis lyginant su plokštės kraštu, suspaudimas lieka ribotas ir medžiaga teka lygiai. Tačiau kai plokštė yra per didelė lyginant su įtempimo įrankio skersmeniu, perteklinis suspaudimas sukuria tekėjimo pasipriešinimą, kurį procesas negali įveikti.

Medžiagos į šabloną traukimo jėga, reikalinga tam, kad medžiaga būtų įtraukta į šabloną, didėja kartu su ištempimo santykiu. Tam tikru momentu spindulio krypties tempimo įranga, reikalinga siekiant įveikti vainiko suspaudimą, viršija medžiagos galimybę išlaikyti be per didelio plonėjimo ar plyšimo prie kaladės nosies. Tačiau prieš pasiekiant šį plyšimo slenkstį dažniausiai pirmiausia atsiranda raukšlėjimas, kai vainikas susispaudžia dėl per didelio suspaudimo.

Todėl labai svarbu apskaičiuoti iškirpimo dydį naudojant paviršiaus plotų metodus, o ne tiesines matavimo vertes. Daugiausia suspaudimu formuojama apvali taurė reikalauja iškirpimo skersmens, kuris žymiai mažesnis už tiesinį atstumą per baigtą detalę. Iškirpimo dydžio pervertinimas remiantis detalės matmenimis, o ne medžiagos tekėjimo reikalavimais, yra viena iš dažniausių raukšlėjimo problemų priežasčių.

Iškirpimo formos optimizavimas medžiagos tekėjimui kontroliuoti

Apvaliems puodeliams tuščiosios dalies ir kalno santykis yra paprastas. Bet kas nutinka, kai traukiate stačiakampius dėžutes, profiliuotus skydelius arba asimetrines figūras? Būtent čia tuščiosios dalies formos optimizavimas tampa galinga priemone raukšlių kontrolėje, o daugelis štampavimo operacijų palieka potencialą nepanaudotą.

Moksliniai tyrimai, paskelbti Tarptautinėje Jaučių Technologijų Žurnale tyrimas parodė, kad stačiakampių detalių pradinės tuščiosios dalies formos optimizavimas sumažina atliekas ir gerina formavimo efektyvumą. Tyrimo metu nustatyta, kad įtraukus anizotropines medžiagos savybes į tuščiosios dalies optimizavimą, kontūro paklaida sumažėjo nuo 6,3 mm iki 5,6 mm, pasiekiant bendrą paklaidą mažesnę nei 4 procentai.

Principas paprastas: netvarkiški pusgaminių kontūrai netvirtiems detalėms kontroliuoja, kiek medžiagos įeina į štampą kiekviename taške. Formos, atitinkančios kalapo atvėrimo liniją, pusgaminių medžiaga tekėja laisviau nei stačiakampio ar trapecijos formos pusgaminių medžiaga, kuriose kampuose yra perteklinės medžiagos. Kaip paaiškina „FormingWorld“, papildinė medžiaga už kampų traukos zonų ribų apriša medžiagos tekėjimą, tuo tarpu pusgaminių forma, atitinkanti geometriją, leidžia medžiagai tekėti laisviau.

Paimkime B stulpelį ar panašią automobilių konstrukcinę detalę. Trapecijos formos pjautas pusgaminius gali būti pigiau gaminti, nes jie nereikalauja specialaus pjovimo štampo. Tačiau papildinė medžiaga kampų srityse sukuria papildinį metalo tekėjimo varžymą. Formos, tiksliau atitinkančios kalapo atvėrimą, pusgaminių medžiaga lengviau įsiverčia į kampus, todėl pagerėja deformuojamumas ir sumažėja raukšlių susidarymo rizika.

Per dideli ruošiniai yra dažna raukšlių atsiradimo priežastis, kurią gamybos komandos kartais praleidžia. Kai ruošinys yra didesnis nei tikėtasi, medžiaga mažiau veiksmingai tekėja į kampus ir turi didesnį sąlyčio plotą su laikikliu. Tai padidina tiek laikiklio jėgos, tiek trinties sukeltą varžą. Rezultatas – didesnis suspaudimo įtempis krašte ir didesnė raukšlių susidarymo tendencija. Atvirkščiai, per maži ruošiniai gali tekėti per lengvai, sumažindami pageidautiną ištemptį ir potencialiai slysdami per įtempimo briaunas dar nepasiekę žemiausiosios padėties.

Keli ruošinio geometrijos veiksniai tiesiogiai veikia raukšlių susidarymo riziką:

• Ruošinio skersmuo lyginant su kalno skersmeniu: Didesni santykiai reiškia daugiau medžiagos suspaudimo zonoje ir didesnę raukšlių susidarymo tendenciją. Laikytis leistinojo medžiagos ištempties santykio (LDR) savo medžiagos rūšiai.
• Ruošinio formos simetrija lyginant su detalės geometrija: Formuoti ruošiniai, kurie pakartoja kalno angos kontūrus, sumažina perteklinę medžiagą aukšto suspaudimo zonose.
• Kampinės medžiagos tūris stačiakampiuose заготовkose: kampai patiria didesnį suspaudimo įtempimą nei tiesios kraštinės. Perteklinė kampinė medžiaga sustiprina šį poveikį.
• Lankstyklių pločio vienodumas: nevienodas lankstyklių plotis sukuria nevienodą suspaudimo pasiskirstymą, dėl ko platesnėse zonose atsiranda vietiniai raukšlėjimai.

Ankstesnių formavimo operacijų metu susiformavusi įtemptoji medžiaga taip pat veikia tai, kaip заготовkos reaguoja į suspaudimą. Jei medžiaga jau buvo deformuota ir sustiprinta ankstesniu apdorojimu, jos gebėjimas vienodai deformuotis sumažėja. Tai gali susiaurinti tarpą tarp raukšlėjimo pradžios ir plyšimo avarijos, todėl daugiastopėse operacijose blankų geometrijos optimizavimas tampa dar svarbesnis.

Praktinė išvada? Tuščiosios detalės geometrija – tai ne tik medžiagos naudojimo sprendimas. Ji tiesiogiai kontroliuoja jūsų briaunos suspaudimo įtempimų pasiskirstymą ir nulemia, ar jūsų procesas veikia saugiai, nepasiekdamas raukšlėjimosi ribos, ar nuolat kovoja su išlinkimo defektais. Supratę traukimo santykį ir tuščiosios detalės geometriją, kitas žingsnis – ištirti, kaip įrankių parametrai suteikia tiesioginį valdymą raukšlėjimuisi formavimo operacijos metu.

Įrankių parametrai, kurie kontroliuoja ar sukelia raukšlėjimą

Jūs optimizavote tuščiosios detalės geometriją ir parinkote medžiagą su palankiomis formavimo savybėmis. O kas toliau? Patys įrankiai tampa pagrindiniu mechanizmu, kuris valdo raukšlėjimą tikruoju formavimo metu. Kiekvienas nustatytas parametras – nuo tuščiosios detalės laikiklio jėgos iki štampo spindulio geometrijos – tiesiogiai veikia tai, ar jūsų briauna išsilenkia ar sklandžiai įsismelkia į štampo ertmę.

Štai su kokia problema susiduria dauguma inžinierių: tie patys reguliavimai, kurie slopina raukšlėjimą, gali sukelti plyšimą, jei juos perdaug padidinsite. Tai ne vieno kintamojo optimizavimo problema. Tai subalansuota veikla, kurioje kiekvienas įrankių parametras yra tarp dviejų žlugimo režimų spektre. Supratimas, kur jūsų procesas yra tame spektrе ir kaip jame judėti, atskiria nuoseklią gamybą nuo chroniškų kokybės problemų.

Tuščiosios dalies laikymo jėga – raukšlėjimo ir plyšimo subalansavimas

Tuščiosios dalies laikymo jėga (TDLJ) yra pagrindinis valdymo kintamasis, nulemiantis krašto raukšlėjimą. Tuščiosios dalies laikytuvas veikia kraštą žemyn, sukurdamas trintį, kuri riboja medžiagos tekėjimą ir sukuria spindulinę tempimo įtempį lakšte. Šis tempimas priešinasi apskritiminiam suspaudimui, kuris sukelia išlinkimą.

Kai TDLJ per maža, kraštas neturi pakankamos varžos. Apskritiminis suspaudimo įtempis viršija lakšto išlinkimo atsparumą, todėl susidaro raukšlės. Kai Gaminantis įmonė pastabos: nepakankamas blanko laikiklio slėgis leidžia metalui susiraukšlėti, kai jis veikiamas suspaudimo, o susiraukšlėjęs metalas sukelia pasipriešinimą srautui, ypač kai jis įstrigęs šoninėje sienelėje.

Kai blanko laikiklio jėga (BHF) per didelė, iškyla priešinga problema. Per didelis slėgis riboja metalo srautą į vidų, todėl medžiaga išsitempia vietoj to, kad būtų traukiama. Šis ištempimas suplonina lakštą kalavijo nosies spindulio srityje, galiausiai sukeliant plyšimus. Tas pats šaltinis pabrėžia, kad per didelis blanko laikiklio slėgis riboja metalo srautą, dėl ko metalas išsitempia, kas gali sukelti plyšimą.

Praktinė išvada? Blanko laikiklio jėga turi būti pakankamai didelė, kad būtų užkirstas kelias įlinkimui, bet pakankamai maža, kad leistų medžiagai tekėti. Šis intervalas keičiasi priklausomai nuo medžiagos rūšies, lakšto storio ir įtraukimo gylio. Medžiagoms su ribotu ištemptumu, pvz., pažengusiems aukštos stiprybės plienams, šis intervalas žymiai susiaurėja. Jūs turite mažiau leidžiamos klaidos ribos, kol neperžengsite ribos nuo susiraukšlėjimo srities į plyšimo sritį.

Slėgio pasiskirstymas yra tokio pat svarbos kaip ir bendroji jėga. Netinkamai prižiūrimos spaudimo pagalvutės arba pažeistos pagalvutės smeigtukai sukelia netolygų slėgį viso šablono paviršiuje. Tai sukelia vietinį perdidelį įtempimą kai kuriose vietose ir nepakankamą įtempimą kitose vietose, todėl tame pačiame detalių gabalyje atsiranda tiek raukšlės, tiek plyšimai. Išlyginamieji įtaisai padeda išlaikyti nustatytą tarpą tarp šablono paviršiaus ir šablono, nepaisant slėgio svyravimų, tačiau jie reikalauja reguliarios kalibravimo, kad veiktų tinkamai.

Šablono spindulys, kalno spindulys, tarpas ir įtempimo juostos projektavimas

Be šablono laikymo jėgos (BHF), dar keturi įrankių parametrai tiesiogiai veikia raukšlių susidarymą: šablono įėjimo spindulys, kalno galūnės spindulys, kalno–šablono tarpas ir įtempimo juostos projektavimas. Kiekvienas iš šių parametrų turi savo kompromisinį santykį tarp raukšlių ir plyšimų rizikos.

Štampavimo įėjimo spindulys nustato, kaip stačiai medžiaga lenkiamasi, kai ji perkeliamasi iš krašto į ištrauktą sienelę. Didesnis spindulys sumažina lenkimo intensyvumą, todėl mažėja traukos jėga ir plyšimo rizika. Tačiau jis taip pat padidina nepalaikomą krašto plotą tarp šablonų laikiklio krašto ir štampo angos. Šis didesnis nepalaikomas plotas turi mažesnį išlinkimo atsparumą, todėl padidėja raukšlių susidarymo tikimybė. Mažesnis štampo spindulys medžiagą riboja veiksmingiau, bet koncentruoja įtempimą lenkimo vietoje, todėl padidėja lūžio rizika. Toledo Metal Spinning paaiškina, kad jei štampo spindulys per mažas, medžiaga nebus lengvai tekėti, dėl ko ji ištįs ir įtrūks. Jei štampo spindulys per didelis, medžiaga po suspaudimo taško susiraukšlės.

Dėžutės nosies spindulys laikosi panašios logikos. Didesnis dėžutės spindulys formavimo įtempimą paskirsto platesniame plote, sumažindamas vietinį plonėjimą ir plyšimo riziką. Tačiau jis taip pat leidžia daugiau medžiagos likti nepalaikomai ankstyvojo traukimo ėjimo metu, todėl galima padidėti raukšlių susidarymas perėjimo zonoje tarp dėžutės kontaktavimo ir štampo įėjimo.

Įrankių tarpas tarp dėžutės ir štampo yra sienelės raukšlių kintamasis, o ne vainiko raukšlių kintamasis. Kai tarpas viršija medžiagos storį per daug, ištraukta sienelė neturi šoninės atramos. Tai leidžia šoninei sienai susiraukšlinti nepriklausomai nuo vainiko būklės, todėl atsiranda sienelės raukšlės net tada, kai vainikas lieka be raukšlių. Tinkamas tarpas paprastai nurodomas kaip procentinė dalis virš nominalaus lakšto storio, atsižvelgiant į medžiagos storėjimą, kuris vyksta traukimo metu.

Traukos karčiukai užtikrina tikslų valdymą, kurio negali pasiekti vienodas BHF reguliavimas. Šios iškilusios detalės štampo paviršiuje arba lakšto laikytuve sukuria vietinę varžančiąją jėgą, lenkdamos ir ištiesdamos lakštą, kai jis praeina pro jas. Oaklando universiteto atlikti tyrimai parodė, kad traukos karčiuko varžančiosios jėgos dydį galima keisti maždaug keturis kartus paprasčiausiai keičiant karčiuko įsiskverbimo gylį. Tai suteikia štampų konstruktoriaims reikšmingos lankstumo galimybės kontroliuoti medžiagos tekėjimo pasiskirstymą aplink lakšto perimetrą be būtinybės vienodai padidinti BHF visame vainiko plote.

Strategiškai įrengti traukos žiedai sprendžia lokalizuotus raukšlėjimo problemas, kurių negali išspręsti bendroji BHF reguliavimo sistema. Stačiakampio formos detalių kampuose susidaro didesnis suspaudimo įtempis nei tiesiose kraštinėse, todėl traukos žiedai, įrengti kampuose, padidina vietinį varžymą be perdidelio tiesiųjų kraštinių varžymo. Kai naudojami traukos žiedai, norint pasiekti reikiamą varžymo jėgą, reikalinga žymiai mažesnė tvirtinimo jėga (BHF), todėl mažesnės galios presas gali užtikrinti tokį patį metalo deformacijos kontrolės lygį.

Įrankių parametras	Poveikis raukšlėjimui	Poveikis plyšimui	Reguliavimas, siekiant sumažinti raukšlėjimą
Žiedo laikiklio jėgą (BHF)	Žema BHF leidžia liekančiosios dalies (flanšo) išlinkimą	Aukšta BHF riboja medžiagos tekėjimą ir sukelia plyšimus	Padidinti BHF viduje plyšimo ribos
Įėjimo į formą spindulys	Didelis spindulys padidina nepalaikomą plotą	Mažas spindulys koncentruoja įtempį	Sumažinti spindulį stebint plyšimą
Stūmoklio galinio spindulio	Didelis spindulys sumažina ankstyvojo žingsnio palaikymą	Mažas spindulys sukelia vietinį plonėjimą	Balansas parenkamas remiantis įtraukimo gyliais
Punktuko–matricos tarpas	Per didelis tarpas leidžia sienos susigręžti	Per mažas tarpas sukelia išlyginimo įtempimus	Sumažinti tarpą, kad būtų palaikoma siena
Ištraukimo kraštų įsiskverbimas	Paviršutiniški kraštai užtikrina nepakankamą varžą	Gilių rutuliukų dėka srautas per daug apribojamas	Padidinti įsiskverbimą raukšlėms linkusioms zonoms

Pagrindinė šioje lentelėje pateikta išvada yra ta, kad kiekvienas parametrų reguliavimas susijęs su kompromisu. Judėjimas viena kryptimi sumažina raukšlių susidarymą, bet padidina plyšimo riziką. Judėjimas kita kryptimi turi priešingą poveikį. Sėkmingam štampavimo šablonų kūrimui reikia rasti veikimo intervalą, kuriame abu gedimo tipai išvengiami, o šis intervalas priklauso nuo medžiagos, geometrijos ir įtempimo laipsnio.

Šių įrankių sąsajų supratimas paruošia kitam iššūkiui: reikia suprasti, kad skirtingos medžiagos skirtingai reaguoja į tą pačią įrankių konfigūraciją. Šablonas, optimizuotas minkštajam plienui, gali sukelti raukšles aliuminiui arba perplėšti pažangų aukštos stiprybės plieną be parametrų koregavimo.

Raukšlių susidarymo elgsena dažniausiai naudojamose štampavimo medžiagose

Šablonas, kuris veikia be priekaištų su minkštu plienu, gali pradėti gaminti raukšlėtus detalių vietoje, kai pereinate prie aliuminio. Kodėl taip nutinka? Todėl, kad tie patys šablonų parametrai skirtingai sąveikauja su kiekvienos medžiagos mechaninėmis savybėmis. Supratimas, kaip įtempimo stipris, tampriojo modulio ir deformacinio sustiprinimo elgesys keičiasi dažnai naudojamose štampavimo medžiagose, yra būtinas raukšlių susidarymo rizikai prognozuoti ir atitinkamai koreguoti savo procesą.

Žemiau pateiktoje lentelėje palyginamas raukšlių susidarymo elgesys šešiose medžiagų grupėse, dažnai naudojamose giliojo štampavimo operacijose. Kiekvienas įvertinimas atspindi, kaip medžiagos vidinės savybės veikia jos atsparumą išlinkimui esant suspaudžiamajam kraštinės įtempimui.

Raukšlių susidarymo polinkis pagal medžiagos klasę

Medžiaga	Vyniojimosi linkmė	Rekomenduojamas BHF (bandymo laikymo jėgos) metodas	Pagrindinės proceso jautriosios savybės	Deformacinio sustiprinimo elgesys
Mažai anglies turintis plienas (DC04, SPCC)	Mažas	Vidutinis, stabilus visą stumbro eigos metu	Atleidžiantis; plačius technologinio proceso langas	Vidutinis n-reikšmės rodiklis; palaipsniui sustiprėja
HSLA Plienas	Žemas iki vidutinio	Vidutinis iki aukšto; stebėti plyšimą	Didesnės takumo stiprio reikšmės siaurina BHF langą	Mažesnė n-reikšmė nei švelniajame plienoje
AHSS (DP, TRIP rūšys)	Vidutinė iki aukšta	Aukšta pradinė BHF; kintama per įtempimo eigą	Ribotas ištemptumas; siauras tarp raukšlėjimosi ir plyšimo langas	Aukštas pradinis takumo stipris; ribota darminė kietėjimo galia
Aliuminio 5xxx serija	Aukštas	Žemesnis nei plieno; reikalauja tikslaus valdymo	Žemas tampriojo modulio dydis; jautrus traukos greičiui	Vidutinė n-reikšmė; deformuojant įtemptumas didėja
Aliuminio lydiniai iš 6xxx serijos	Aukštas	Žemesnis nei plieno; priklauso nuo temperatūros būsenos	Šilumai apdorojami; formavimo gebėjimas kinta priklausomai nuo temperatūros būsenos	Žemesnis n-reikšmė nei 5xxx serijos lydiniuose; mažesnis vienodas kietėjimas
Neekstraktinis plienas 304	Vidmenis	Aukšta; turi būti padidinta per visą deformavimo eigą	Greitas darbo kietėjimas; aukštas trinties koeficientas; jautrus greičiui	Labai aukšta n-reikšmė; agresyviai kietėja

Aukščiau pateikti įvertinimai atspindi, kaip kiekvienos medžiagos savybės sąveikauja su suspaudimo įtempimais, kurie sukelia išlinkimą. Panagrinėkime, kodėl šie skirtumai praktikoje yra svarbūs.

Kodėl aliuminio lydiniai ir AHSS reikalauja skirtingų technologinių procesų

Aliuminio lydiniai kelia unikalią problemą dėl žemo tamprumo modulio. Plieno tamprumo modulis yra apie 200 GPa, o aliuminio – apie 70 GPa. Tai reiškia, kad aliuminio tamprumas yra tik apytiksliai trečdalis plieno tamprumo. Kadangi išlinkimo atsparumas tiesiogiai priklauso nuo medžiagos tamprumo, vienodo storio aliuminio lakštas suspaudimo apkrovoje išsilenkia daug lengviau nei plieno lakštas.

Šis mažesnis lenkimo pasipriešinimas paaiškina, kodėl aliuminis elgiasi kitaip nei nerūdijantis plienas giliojo deformavimo metu. Skirtingai nuo nerūdijančio plieno, kuris galėtų tekėti ir perpaskirstyti savo storį veikiamas jėgos, aliuminio negalima pertempyti ar perdaug deformuoti. Medžiaga vietomis įsitempia su ribotu pailgėjimu ir neturi plieno suteikiamos tempimo paskirstymo galimybės. Sėkmingas aliuminio deformavimas priklauso nuo tinkamo deformavimo santykio palaikymo bei tikslaus tempimo, suspaudimo ir šablono laikymo jėgos subalansavimo.

5xxx serijos aliuminio lydiniai (pvz., 5052 ir 5182) turi geresnę formavimo gebą nei 6xxx serijos rūšys dėl didesnio n-reikšmės. Šis deformacinio sustiprinimo rodiklis leidžia 5xxx lydiniams deformaciją pasiskirstyti tolygiau visoje kraštinėje, vėlinant vietinio išlinkimo pradžią. 6xxx serijos lydiniai (pvz., 6061 ir 6063), nors po šiluminės apdorojimo pasižymi puikiu stiprumu, jų atleistos būsenos būklėje turi mažesnes n-reikšmes. Dėl to jie labiau linkę prie vietinės deformacijos koncentracijos ir ankstesnio raukšlėjimo pradžios.

Pažangūs aukštos stiprumo plienai kelia priešingą problemą. AHSS rūšys, tokios kaip dvifaziai (DP) ir transformacija sukeltos plastinės deformacijos (TRIP) plienai, turi didelę takumo stiprumo reikšmę, dažnai viršijančią 500 MPa. Šis didelis takumo įtempis reiškia, kad medžiaga pasipriešina plastinei deformacijai, todėl reikia didesnio ištemptuvo jėgos (BHF), kad būtų užkirstas kelias raukšlėms. Tačiau AHSS rūšys taip pat turi ribotą bendrą išsitęsimą lyginant su minkštu plienu. Kaip nurodo žurnalas „The Fabricator“, raukšlėjimas, plyšimas ir atšokimas, kurie vyksta formuojant AHSS, kelia iššūkius visai tiekimo grandinei.

Praktinis rezultatas? AHSS žymiai susiaurina BHF langą. Reikia didesnės jėgos, kad būtų užkirstas kelias raukšlėms, tačiau ši medžiaga plyšta esant mažesniam deformacijos lygiui nei minkštas plienas. Tai palieka mažiau leistinos paklaidos ribos. Servo presų technologija su programuojamais jėgos profiliais padeda išspręsti šią problemą, leisdama kalapautuvams keisti pagalbinės padėklų jėgą per visą stūmoklio judėjimą – taikyti ryškią varžą ten, kur ji reikalinga, ir sumažinti ją ten, kur padidėja plyšimo rizika.

Nerūdijantis plienas 304 įveda dar vieną kintamąjį: greitą darbo užkietėjimą. Ši austenitinė rūšis turi labai aukštą n-reikšmę, tai reiškia, kad ji stiprėja agresyviai deformuojantis. Nerūdijantis plienas užkietėja greičiau nei anglies plienas, todėl jo ištempimui ir formavimui reikia beveik dvigubai didesnio slėgio. Chromo oksido paviršiaus plėvelė taip pat padidina trintį formavimo metu, todėl įrankiai turi būti tiksliai padengti ir tepami.

Ką tai reiškia raukšlėjimui? Greitas darbo užkietėjimas iš tikrųjų padeda atsispirti susigrąžinimui, kai traukimo procesas vyksta, nes medžiaga nuolat sustingsta. Tačiau dėl didelės trinties ir slėgio reikalavimų BHF (bako laikymo jėga) turi būti padidinama visą stumbro eigos trukmę, kad būtų išlaikytas valdymas. Jei BHF lieka pastovi, ankstyvojoje stumbro eigos dalyje gali susidaryti raukšlės, o vėlyvojoje – įtrūkimai. Kuo rimtesnis traukimas, tuo lėčiau jis turi būti atliekamas, kad būtų atsižvelgta į šiuos veiksnius.

Čia taip pat svarbus ryšys tarp takumo įtempimo ir takumo stiprio. Medžiagos su žemesniu pradiniu takumo stipriu anksčiau įeina į plastinį srautą, leisdamos įtempimų perpaskirstymą prieš prasidedant išlinkimui. Aukštesnio takumo stiprio medžiagos pasipriešina šiam ankstyvajam srautui, koncentruodamos įtempimus vietinėse srityse, kur išlinkimas gali prasidėti dar prieš tai, kai medžiaga vienodai pasiektų takumo ribą.

Kai naudojami laidinio elektroerozinio apdirbimo (wire EDM) būdu supjaustyti заготовки arba tiksliai apdoroti detalės, kurių kraštų kokybė veikia medžiagos srautą, šios medžiagų skirtumai dar labiau išryškėja. Švarus kraštas srautąsi prognozuojamiau nei pjautas kraštas su darbo kietėjimu susidaręmis šlifuotėmis, o šis poveikis skiriasi priklausomai nuo medžiagos rūšies.

Pagrindinė išvada? Negalima tiesiogiai perduoti procesų parametrų iš vieno medžiagos į kitą. Šablonas, optimizuotas minkštajam plienui, greičiausiai sukels aliuminio raukšles ir gali sulaužyti AHSS medžiagą. Kiekvienai medžiagų grupei reikia savo BHF strategijos, traukimo greičio optimizavimo ir tepimo metodo. Šių medžiagų specifinių savybių supratimas prieš pradedant šablonų gamybą sutaupo daug laiko ir lėšų šablonų bandymo metu.

Supratę medžiagų elgesį, kyla kitas klausimas – geometrinis: kaip detalės forma keičia raukšlių susidarymo vietą ir priežastis?

Kaip detalės forma keičia raukšlių susidarymo vietą ir priežastis

Jūs pasirinkote tinkamą medžiagą ir nustatėte reikiamus šablonų parametrus. Tačiau čia yra vienas dalykas, kurį daugelis inžinierių sužino sunkiu būdu: procesas, puikiai veikiantis cilindrinėms dubenėms, gali visiškai nepavykti taikant jį stačiakampiams dėžutėms ar kūginėms apvalkalams. Detalės geometrija esminiu būdu keičia raukšlių susidarymo vietą, priežastis ir tai, kurie koriguojantys veiksmai iš tikrųjų veikia.

Pagalvokite apie tai šitaip. Cilindrinė puodelio forma turi vienodą simetriją visuose savo perimetru. Medžiaga vienodai tekėja į vidų iš visų krypčių, o suspaudimo įtempis vienodai pasiskirsto aplink vainikinį kraštą. Stačiakampio formos dėžutė? Visiškai kitokia istorija. Kampuose susidaro radikaliai skirtingos įtempio sąlygos nei tiesiomis kraštinėmis. Kūginė apvalkalinė detalė? Nepalaikoma sienelės dalis tarp kaladės ir matricos sukelia raukšlių riziką, kurią negali išspręsti tik vainikinio krašto kontroliavimo priemonės.

Šių geometrijai būdingų mechaninių reiškinių supratimas yra būtinas teisingai nustatyti problemas ir taikyti tinkamas sprendimo priemones.

Cilindrinės, stačiakampės ir kūginės detalės — skirtingi raukšlių susidarymo mechanizmai

Cilindrinėms puodelių formoms raukšlėjimas elgiasi numatoma tvarka. Šis defektas yra simetriškas ir daugiausia susijęs su kraštų deformacija. Kaip paaiškina žurnalas „The Fabricator“, cilindras pradžioje yra paprastas apskritas ruošinys, o kad didesnio skersmens ruošinys būtų transformuojamas į mažesnio skersmens cilindrą, jis turi susitraukti spinduline kryptimi. Metalas vienu metu tekėja į centrines linijas ir suspaudžiamas. Valdomas suspaudimas sukelia plokščią kraštą; nevaldomas suspaudimas sukelia stiprią raukšlėjimą.

Pagrindiniai valdymo parametrai cilindrinėms detalėms yra ruošinio laikytuvo jėga ir traukimo santykis. Kadangi įtempimų pasiskirstymas yra vienodas, bendroji ruošinio laikytuvo jėgos (BHF) reguliavimo priemonė veiksmingai veikia. Jei atsiranda raukšlės, jų pašalinimui dažniausiai pakanka padidinti ruošinio laikytuvo jėgą visame krašte, tik jei ji lieka žemiau plyšimo ribos. Traukimo santykis nustato, kiek suspaudimo turi absorbuoti kraštas, todėl išlaikant medžiagos ribinį traukimo santykį išvengiama suspaudimo perkrovos.

Stačiakampiai ir kvadratiniai dėžutės elementai įveda asimetriją, kuri viską keičia. Kvadratinės dėžutės kampai iš esmės yra viena ketvirtoji apskritimo formos dėžutės kampo ir patiria spindulinę suspaudimą, panašią į cilindrinės dėžutės kampų suspaudimą. Tačiau tiesios kraštinės elgiasi kitaip. Kaip nurodo tas pats šaltinis, ištrauktos dėžutės šoninės sienelės deformuojasi lenkiant ir ištiesinant, o suspaudimas jų viduje yra mažas arba visiškai nebūna. Metalas į šias tiesias dalis tekėja į vidų labai mažai pasipriešindamas.

Ši asimetrija sukuria kritinę problemą: kampų srityse susidaro didesnis suspaudimo įtempis nei tiesiomis kraštinėmis, todėl pagrindinė rūpestis yra kampų raukšlėjimasis. Jei per daug metalo paviršiaus ploto yra priverčiama patirti spindulinį suspaudimą kampuose, tai sukelia didelį tekėjimo pasipriešinimą, kuris lemia per didelį išsitempimą ir galimą plyšimą. Kampai linkę raukšlėtis, o kraštinės – laisvai tekėti.

Pagrindiniai įrankiai stačiakampiams detalių gamybos procesams yra ištraukos kraštai kampuose ir iškirptos detalės formos optimizavimas. Ištraukos kraštai padidina vietinę varžymo jėgą kampų vietose, neperdaug varžydami tiesias dalis. Iškirptos detalės formos optimizavimas sumažina perteklinį medžiagos kiekį kampų srityse. Kai naudojama kvadratinė iškarpinė kvadratiniam korpusui gaminti, reikia ją išdėstyti 45 laipsnių kampu atžvilgiu į detalės orientaciją. Tai padidina sienų pasipriešinimą tekėjimui, kur reikalingas didesnis įtempimas, ir sumažina medžiagos kiekį kampuose, kad būtų maksimaliai padidintas radialinio profilio tekėjimas.

Kūginiai korpusai kelia dar vieną iššūkį. „MetalForming“ žurnale paaiškinama, kad gilus kūginių formų traukimas yra žymiai sudėtingesnis nei cilindrinių puodelių, nes deformacija nėra apribojama tik vainiko srityje. Šiems formoms deformacija taip pat vyksta nepalaikomoje srityje tarp štampo ir kalno paviršiaus, kur suspaudimo įtempimai gali sukelti raukšles.

Raukšlėjimas apibūdina ištempto formavimo raukšles, kurios susidaro ruošinio kūne, priešingai nei traukimo raukšlės, atsirandančios ruošinio krašte. Tai yra sienelės, o ne vainiko raukšlėjimas, todėl reikia skirtingų sprendimų. Koniniuose traukimo procesuose nepalaikoma sienelė tarp įrankio ir štampuočio yra didelė, todėl dominuoja sienelės raukšlėjimas. Raukšlėjimą būtina išvengti, nes šios raukšlės dažniausiai negali būti pašalintos.

Koninėms kepurėms lapo storio ir ruošinio skersmens santykis (t/D) įtakoja ribinį traukimo santykį labiau nei puodelio traukime. Kai t/D viršija 0,25, paprastai galima pasiekti vieną traukimą su nominaliu ruošinio laikiklio slėgiu. Kai t/D yra nuo 0,15 iki 0,25, vienas traukimas vis dar gali būti įmanomas, tačiau reikia žymiai didesnio ruošinio laikiklio slėgio. Kai t/D mažesnis nei 0,15, ruošinys tampa labai jautrus raukšlėjimui ir reikalauja kelių traukimo etapų su mažėjančiu matmeniu.

Sudėtingos, išlenktos plokštės, dažnai naudojamos automobilių korpusų gamyboje, sujungia visų šių geometrijų elementus. Raukšlėjimas yra geometrijai būdingas ir priklauso nuo vietos – jis kinta visame detalės paviršiuje, priklausomai nuo vietinio išlenkimo, įtraukimo gylies ir medžiagos tekėjimo schemos. Šioms detalėms paprastai reikia formavimo modeliavimo, kad būtų numatyta, kur susidarys raukšlės ir kurie technologiniai nustatymai bus veiksmingi.

Žemiau pateikti geometrijai būdingi raukšlėjimo aspektai kiekvieno tipo daliai:

• Cilindriniai indai: raukšlėjimas yra simetriškas ir vyrauja flanšo srityje. Pagrindiniai valdymo parametrai yra BHF (blanko laikymo jėga) ir įtraukimo santykis. Veiksminga yra bendroji BHF koregavimo procedūra. Laikykitės LDR (didžiausio leistinojo įtraukimo santykio) ribų, atitinkančių jūsų medžiagos klasę.
• Stačiakampės / dėžės formos detalės: kampų srityse susidaro didesnis suspaudimo įtempis nei tiesiomis kraštinėmis. Pagrindinė problema – kampų raukšlėjimas. Naudokite įtraukimo juostas kampuose ir optimizuokite заготовки formą, kad sumažėtų kampų medžiagos tūris. Apsvarstykite 45 laipsnių blanko orientaciją.
• Kūginiai korpusai: Didelė nepalaikoma sienelės plotas lemia sienelės raukšlėjimąsi (susiraukšlėjimą) kaip pagrindinį reiškinį. t/D santykis kritiškai veikia raukšlėjimosi linkumą. Palyginti ploni заготовки lyginant su skersmeniu reikalauja kelių traukimo etapų arba tarpinių atraminių žiedų.
• Sudėtingos kontūruotos plokštės: Raukšlėjimasis priklauso nuo vietos ir yra geometrijai būdingas. Norint numatyti raukšlių vietas, būtina atlikti modeliavimą. Vietinis BHF (bandymo jėgos) kintamumas ir įtempimo juostos išdėstymas turi būti pritaikyti konkrečioms rizikos zonoms.

Daugiaetapio traukimo ir tarpinės puštinės įtaka

Kai vieno traukimo ciklo nepakanka norint pasiekti reikiamą gylį be raukšlėjimosi ar plyšimo, tampa būtini daugiaetapiai traukimo procesai. Tai ypač dažnai pasitaiko giliems kūginiams korpusams, labai smailėjantiems formoms ir detalėms, kurioms bendras matmenų sumažėjimas viršija tai, ką gali pasiekti vienas traukimo judesys.

Sėkmingai ištraukti labai smailius indus su aukščio ir skersmens santykiu, didesniu nei 0,70, reikalauja žingsniško indo metodiko. Giliuoju būdu gaminant žingsniškus indus esminis procesas yra panašus į cilindrinio indo gilųjį ištraukimą, kai kiekvieno gretimo žingsnio ištraukimo sumažinimas atitinka atitinkamų indų skersmenis. Perbraukimo operacija sustabdoma dalinai, kad būtų suformuotas atitinkamas žingsnis, o po to šis žingsnio indas galutiniame perbraukimo etape ištraukiamas į kūginę formą.

Tačiau čia kyla iššūkis: kiekvienas ištraukimo etapas medžiagoje kaupia įtempimą. Šaltasis deformavimas pirmajame ištraukime padidina dislokacijų tankį ir sumažina plastikumą. Antruoju ar trečiuoju ištraukimu medžiaga gali būti taip susilankstiusi, kad nebepajėgs vienodai deformuotis. Šis kaupiamasis įtempimo kietėjimas susiaurina raukšlėjimo ir plyšimo ribų tarpą, todėl vėlesni ištraukimai tampa vis sunkesni.

Tarpinis kaitinimas šią problemą išsprendžia atkurdamas plastinumą tarp traukimo etapų. Šis terminis apdorojimo procesas medžiagą įkaitina iki tam tikros temperatūros, laiko ją nustatytą laiką ir po to vėsina kontroliuojamu būdu. Kaitinimo procesas suteikia šiluminės energijos, kuri leidžia dislokacijoms judėti, pergrupuotis ir sunaikinti, taip veiksmingai „nustatant iš naujo“ medžiagos deformacinį kietėjimą.

Šis procesas yra būtinas gamybos operacijose, kuriose reikia didelės deformacijos, nes jis neleidžia per didelio kietėjimo ir galimos skilimo susidarymo vėlesniuose formavimo etapuose. Tarpinis kaitinimas leidžia gamintojams pasiekti didesnius bendruosius sumažinimus nei būtų įmanoma viename deformacijos cikle.

Giliems štampavimo taikymams tarpiniai atkaitinimai sumažina raukšlių susidarymo riziką, kurią sukelia deformuotis nebegalinčios vienodai darbo užkietėjusios medžiagos. Kai medžiaga iš ankstesnių apdorojimų įgijo įtempimo kietumą, jos n-reikšmė efektyviai sumažėja. Medžiaga daugiau nebevienodai paskirsto įtempimą palei kraštą, todėl deformacija koncentruojama vietinėse zonose, kur gali prasidėti išlinkimas. Atkaitinimas atkuria pradinę n-reikšmės elgseną, leisdamas vienodai paskirstyti įtempimą tolesniuose štampavimuose.

Kokia praktinė išvada? Daugiastupenių štampavimo sekų su tarpiniais atkaitinimais naudojimas leidžia gaminti sudėtingas geometrijas be medžiagos pažeidimų. Plonų plieninių laidų gamyba dažnai reikalauja 5–10 štampavimo eigų su tarpiniais atkaitinimais, kad būtų pasiekti galutiniai skersmenys be laidų lūžimo. Tas pats principas taikomas ir giliai štampuotiems elementams: keli štampavimo etapai su tarpiniais atkaitinimais leidžia pasiekti tokį štampavimo gylį, kuris būtų neįmanomas viename etape.

Tačiau tarpinis atvirinimas padidina sąnaudas ir ciklo trukmę. Inžinieriai turi subalansuoti atvirinimo parametrus su gamybos efektyvumu ir energijos sąnaudomis. Nepakankamas atvirinimas sukelia apdorojimo sunkumų, o pernelyg intensyvus atvirinimas švaisto išteklius ir gali sukelti netikėtą grūdelių augimą, kuris paveikia paviršiaus baigiamąją apdailą tolesniame formavime.

Geometriją atsižvelgiantis raukšlių prevencijos požiūris pripažįsta, kad vienas sprendimas netinka visoms detalės formoms. Cilindriniai dubenėliai reaguoja į bendrąjį laikymo jėgos (BHF) reguliavimą. Stačiakampiai dėžutės reikalauja kampų specifinio valdymo. Kūginiai apvalkalai reikalauja sienelių palaikymo ir dažnai reikalauja daugiapakopio formavimo proceso. Sudėtingos plokštės reikalauja modeliavimu paremtos technologinio proceso kūrimo. Jūsų diagnostinio požiūrio pritaikymas prie detalės geometrijos yra pirmasis žingsnis link veiksmingos raukšlių kontrolės.

Supratę geometrijai būdingus mechaninius reiškinius, kitas žingsnis – ištirti, kaip formavimo modeliavimo programinės įrangos prognozuoja šiuos raukšlių rizikos veiksnius dar prieš tai, kai būtų pagaminti bet kokie įrankiai.

Formavimo modeliavimo naudojimas raukšlių atsiradimui prognozuoti prieš pradedant kalibruoti įrankius

Ką darytumėte, jei galėtumėte tiksliai matyti, kur susidarys raukšlės, dar nepradėję pjauti nė vieno plieno lakšto savo šablonui? Būtent tai ir suteikia formavimo modeliavimo programinė įranga. Dynaform tokios programos kaip AutoForm, PAM-STAMP leidžia procesų inžinieriams virtualiai išbandyti savo šablonų projektus, nustatyti raukšlių susidarymo rizikos zonas ir optimizuoti parametrus dar prieš pradedant brangų šablonų gamybą.

Bet kuriam šablonų ir kalibravimo įrankių gamintojui ši galimybė keičia visą kūrimo darbo eigą. Vietoj to, kad raukšlių problemas aptiktumėte bandymų metu, kai pakeitimams reikia fizinio perdarymo ar net visiško šablono perdarymo, modeliavimas šias problemas aptinka jau projektavimo etape. Koks rezultatas? Mažiau bandymų ciklų, trumpesni kūrimo laikotarpiai ir žymiai mažesnės sąnaudos.

Ši technologija naudoja baigtinių elementų metodus, kad būtų modeliuojama, kaip lakštinis metalas elgiasi formavimo sąlygomis. Kaip paaiškina „AutoForm Engineering“, modeliavimas leidžia kompiuteriu anksčiau formavimo etape aptikti klaidas ir problemas, pvz., raukšles ar plyšimus detalių paviršiuje. Tai pašalina būtinybę gaminti tikrus įrankius tik praktinėms bandymo reikmėms.

Kokie įvedamieji duomenys lemia modeliavimo tikslumą

Modeliavimas yra tikslus tiek, kiek tikslūs duomenys, kuriuos į jį įvedate. Šiuo atveju taip pat galioja principas: „blogi įvestiniai duomenys – blogi rezultatai“, kaip ir bet kurioje kitos inžinerijos srityje. Raukšlių prognozavimo tikslumas tiesiogiai priklauso nuo to, kiek tiksliai jūsų modelis atspindi realias procesų sąlygas.

Tipiški formavimo modeliavimui naudojami parametrai apima detalės ir įrankių geometriją, medžiagos savybes, preso jėgas ir trintį. Kiekvienas iš šių įvestinių duomenų veikia tai, kaip programinė įranga skaičiuoja įtempimus ir deformacijas virtualaus formavimo procese. Jei įvestinius duomenis nustatysite neteisingai, modeliavimo rezultatai neatitiks to, kas vyksta presu.

Štai pagrindiniai modeliavimo įvesties duomenys, kurie veikia raukšlių numatymo tikslumą:

• Pusgaminių medžiagos savybės: Takumo stipris ir takumo įtempis nustato, kada prasideda plastinė deformacija. n-reikšmė (tempiamosios kietėjimo rodiklis) nustato, kaip vienodai medžiaga paskirsto deformaciją. r-reikšmė (plastinė anizotropija) rodo pasipriešinimą plonėjimui. Visas įtempio-deformacijos kreivės grafikas atskleidžia, kaip medžiaga reaguoja visame formavimo diapazone.
• Pusgaminių geometrija: Jūsų pradinio pusgaminių kontūras, dydis ir storis tiesiogiai veikia tai, kiek medžiagos patenka į štampančiąją plokštę kiekviename taške. Modeliavimui reikia tikslaus pusgaminių matmenų, kad būtų galima numatyti suspaudimo įtempių pasiskirstymą kraštinėje.
• Įrankių geometrija: Štampo įėjimo spindulys, kalno nosies spindulys ir kalno–štampo tarpas visi veikia medžiagos tekėjimą ir išlinkimo pasipriešinimą. Šie matmenys turi atitikti jūsų faktinį įrankių projektą, kad rezultatai būtų prasmingi.
• Tuščiosios laikytuvo jėgos dydis ir pasiskirstymas: TLJ yra pagrindinis varžomųjų kraštų raukšlėjimo valdymo kintamasis. Modeliavimui reikia tikslaus jėgos dydžio ir, sudėtingoms šablonų sistemoms, tos jėgos erdvinio pasiskirstymo tuščiosios laikytuvo paviršiuje.
• Trinties sąlygos: Trinties koeficientas tarp lakštinio medžiagos, šablono ir tuščiosios laikytuvo įtakoja medžiagos tekėjimą traukimo metu. Lubrikacijos rūšis ir taikymo metodas žymiai veikia šiuos rodiklius.

Medžiagų duomenys reikalauja ypatingo dėmesio. Daugelis modeliavimo klaidų kyla dėl bendrų medžiagų savybių naudojimo vietoj faktinių bandymų duomenų konkrečiam rituliniam medžiagos ruošiniui ar partijai, kurie formuojami. Skirtumas tarp nominalių techninių charakteristikų lentelėse nurodytų verčių ir tikrosios medžiagos elgsenos gali būti reikšmingas, ypač aukštosios stiprybės klasėms – tam tikrinant takumo stiprio ir takumo įtempimo ryšius.

Modeliavimo rezultatų skaitymas, kad būtų numatytas ir užklijuotas raukšlėjimas

Kai paleidžiate modeliavimą, programa generuoja rezultatus, kurie parodo, kur kils problemų. Tačiau gebėjimas tinkamai interpretuoti šiuos rezultatus skiria inžinierius, kurie efektyviai naudoja modeliavimą, nuo tų, kurie jį traktuoja kaip paprastą patikrinimo punktą.

Modeliavimas apskaičiuoja įtempimus ir deformacijas formavimo proceso metu. Be to, modeliavimas leidžia nustatyti klaidas ir problemas bei gauti rezultatus, pvz., medžiagos stiprumą ir plonėjimą. Netgi atšokimas – medžiagos elgsena po formavimo, kai ji grįžta į pradinę būseną dėl tam tikros tamprumo – gali būti numatytas iš anksto.

Konkrečiai susidorojant su raukšlėjimu, inžinieriai turėtų peržiūrėti šiuos pagrindinius rezultatus:

• Raukšlėjimo linkmes rodikliai: Dauguma modeliavimo programų raukšlėjimo riziką rodo spalvotomis žemėlapio schemomis, uždėtomis ant detalės geometrijos. Sritis, kuriose susidaro suspaudimo įtempimai, viršijantys išlinkimo ribas, pavaizduojamos įspėjamomis spalvomis – dažniausiai mėlynomis ar violetinėmis zonomis Formavimo ribų diagramoje (FLD).
• Plonėjimo pasiskirstymas: Per didelis plonėjimas rodo, kad medžiaga išsitempia, o ne traukiama, kas gali reikšti, kad BHF per didelis. Atvirkščiai, srityse su minimaliu plonėjimu medžiaga gali būti nepakankamai ribojama ir linkusi raukšlėtis.
• FLD artumas: Formavimo ribų diagrama (FLD) kiekvienam modeliavimo elementui atvaizduoja pagrindinę įtempimų būseną priešais šalutinę įtempimų būseną. Įtempimų būsenos suspaudimo srityje (diagramos kairiojoje pusėje) rodo raukšlėjimo riziką. FLD suteikia lengvai suprantamą visuotinį daugelio galimų sugadinimo kriterijų apžvalgą vienu metu, todėl ji yra idealus pradinės techninės įgyvendinamumo patikros įrankis.
• Medžiagos tekėjimo modeliai: Medžiagos judėjimo vaizdavimas traukimo eigoje parodo, ar tekėjimas yra vienodas ar apribojamas. Nevienodas tekėjimas dažnai būna prieš raukšlėjimą lokaliose vietose.

Tikroji simuliacijos galia pasireiškia, kai šiuos rezultatus susiejate su konkrečiais procesų reguliavimais. Įsivaizduokite, kad jūsų simuliacija rodo raukšles stačiakampio detalės kraštinėje. Prieš pradedant pjauti bet kokį metalą, galite virtualiai išbandyti sprendimus: padidinti vietinį BHF toje srityje, pridėti traukos juostą kampelyje, sumažinti iškirpimo dydį, kad sumažėtų medžiagos tūris, arba pakeisti štampo spindulio geometriją. Kiekvienas pakeitimas trunka minutes simuliuoti, o ne dienas – fiziniu būdu įdiegti.

Kaip nurodo ETA, štampo paviršiaus projektavimo simuliacijos programinė įranga leidžia inžinieriams atpažinti problemas, tokias kaip plonėjimas, įtrūkimai, pakartotinis deformavimas, kraštų formavimas, grįžtamasis deformavimas ir pjovimo linijos problemos. Nors ši programinė įranga vis dar reikalauja inžinerinių žinių, operatoriai gali naudoti ją eksperimentuodami su įvairiais sprendimais, nešvaigdami laiko, pastangų ar medžiagų be reikalo.

Ši pakartotinė virtuali bandomoji patikra yra priežastis, kodėl modeliavimas tapo standartine šiuolaikinės šablonų kūrimo praktika. Vietoj to, kad būtų priversti kelias savaites leisti bandymų ir klaidų metodais, dizaineriai gali simuliuoti šablonų paviršių per kelias dienas ar net valandas. Jie gali greičiau įvertinti konstrukcijos įgyvendinamumą, todėl kainų nustatymo specialistai gali greičiau pateikti pasiūlymus, o tai savo ruožtu gali padidinti galimybę laimėti konkuruojančius pasiūlymus.

Tie tiekėjai, kurie integruoja pažangų CAE modeliavimą į savo šablonų kūrimo procesą, nuolat pasiekia gerius rezultatus. Shaoyi , pavyzdžiui, naudoja modeliavimu paremtą projektavimą kaip dalį savo automobilių štampavimo šablonų kūrimo darbo eigų. Šis požiūris prisideda prie jų 93 % pirmojo patvirtinimo rodiklio, nes raukšlių rizika ir kitos defektų problemos nustatomos dar prieš gamindami įrankius. Kai modeliavimas anksti aptinka problemą, jos taisymas kainuoja tik nedidelę dalį to, ką reikėtų išleisti fiziniams pataisymams.

Darbo eigos integracija yra tokia pat svarbi kaip ir pati programinė įranga. Formavimo modeliavimas naudojamas viso plieninių lakštų formavimo procesų grandinėje. Detalės projektuotojas gali įvertinti formavimą dar projektavimo etape, dėl ko gaunamos lengviau gaminamos detalės. Technologijos inžinierius gali įvertinti procesą planavimo metu ir optimizuoti alternatyvas naudodamas modeliavimą, o tai vėliau sumažina formavimo įrankio tikslinimą.

Sudėtingoms automobilių plokštumoms, kurių raukšlėjimo elgesys keičiasi priklausomai nuo vietos ir geometrijos, modeliavimas nėra pasirinktinis. Tai vienintelis praktiškas būdas numatyti, kur kils problemų ir kurios parametrų kombinacijos jas išvengs. Alternatyva – šių problemų aptikimas bandant presuojant ar gamybos metu – kainuoja daug daugiau laiko, medžiagų ir klientų pasitikėjimo.

Kai modeliavimas suteikia virtualią jūsų proceso projektavimo patvirtinimą, kitas žingsnis – suprasti, kaip diagnozuoti raukšlėjimo problemas, kai jos iš tikrųjų atsiranda gamyboje, susieti stebimas defektų vietas su jų šakninėmis priežastimis ir taisomosiomis priemonėmis.

Šakninės priežasties diagnostika

Jūs atlikote modeliavimą, optimizavote iškirpės geometriją ir nustatėte įrankių parametrus. Vis dėlto raukšlės vis dar atsiranda jūsų detalių paviršiuje. Ką daryti toliau? Atsakymas glūdi viename diagnostiniame klausime, kuris turėtų vadovauti kiekvienai trikčių šalinimo sesijai: kur susidaro raukšlės?

Šis klausimas yra svarbus, nes raukšlės vieta tiesiogiai atskleidžia šakninę priežastį. Raukšlė ant kraštinės briaunos pasako visiškai kitą istoriją nei raukšlė, atsirandanti ištraukiamajame sienelyje arba kampinio spindulio zonoje. Visas raukšles laikant vienoda problema veda į neproduktyvius reguliavimus ir toliau besitęsiantį broko kiekį. Diagnostinės procedūros kryptis visiškai keičiasi priklausomai nuo to, kur atsiranda defektas.

Gamybos patirtis patvirtina šį principą. Kaip pastebi „Yixing Technology“, pagrindinė įspaustų detalių raukšlėjimo priežastis yra medžiagos kaupimasis giliojo įspaudimo procese ir vietinės medžiagos judėjimo per didelis greitis. Tačiau tai, kur šis kaupimasis vyksta, nulemia, kuri mechanizmo rūšis yra atsakinga ir kuri taisomoji priemonė iš tikrųjų veiks.

Raukšlės vieta kaip diagnostikos pradžios taškas

Įsivaizduokite raukšlės vietą kaip pirmąją užuominą diagnostinėje tyrimo procedūroje. Kiekvienoje įspaustoje dalyje esančioje zonoje vyrauja skirtingos įtempimo būsenos, skirtingi įrankių apribojimai ir skirtingos medžiagos tekėjimo sąlygos. Šių zonų specifinių mechanikos supratimas paverčia trikčių šalinimą neatsitiktiniais spėjimais, o sistemingu problemų sprendimu.

Flanšo perimetras yra tarp tuščiosios dalies laikytuvo ir štampo paviršiaus. Šioje zonoje medžiaga, tekėdama į vidų, patiria tiesioginį suspaudimo žiedinį įtempimą. Kai čia atsiranda raukšlės, tai reiškia, kad tuščiosios dalies laikytuvas nepateikia pakankamos varžos, kad būtų galima priešintis šiam suspaudimui. Medžiaga išlinksta, nes niekas nekliudo jai tai daryti.

Traukimo siena, priešingai, jau praėjo per štampo radį ir įėjo į štampo ertmę. Šioje srityje trūksta tiesioginės tuščiosios dalies laikytuvo varžos. Sienos raukšlės rodo, kad medžiaga išlinksta nepalaikomoje srityje, dažniausiai dėl per didelio kalaplio–štampo tarpelio arba dėl to, kad siena neturi pakankamos šoninės atramos formavimo metu.

Stačiakampių arba dėžiškos formos detalių kampų radiai patiria suskoncentruotą suspaudimo įtempimą. Medžiagai tekant į kampus, ji turi labiau susispausti nei medžiagai tekant palei tiesias kraštines. Kampų raukšlės rodo, kad vietinė varža nepakankama, kad būtų galima kontroliuoti šį suskoncentruotą suspaudimą.

Detalės apačios perėjimo zona, kur medžiaga lenkiamasi aplink kalto nosies spindulį, patiria visiškai kitokį įtempimų būvį. Raukšlės šioje vietoje dažnai rodo, kad medžiaga nepakankamai ištempta per kalto paviršių, todėl perteklinė medžiaga kaupiasi perėjimo vietoje.

Kiekviena vieta nurodo tam tikrą gedimo mechanizmą. Atpažinus aktyvų mechanizmą nustatomas veiksmingiausias taisomasis veiksmas.

Pagrindinių priežasčių susiejimas su taisomaisiais veiksmais pagal zonas

Žemiau pateiktoje lentelėje stebimos raukšlių vietos susiejamos su jų labiausiai tikėtinomis pagrindinėmis priežastimis ir rekomenduojamais pirmiausia taikyti taisomaisiais veiksmais. Šis diagnostinis rėmas atitinka patyrusių procesų inžinierių požiūrį į trikčių šalinimą gamykloje.

Raukšlės vieta	Labiausiai tikėtinos pagrindinės priežastys	Rekomenduojami pirmiausia taikyti taisomieji veiksmai
Lankstymo kraštas	Per maža šablonų laikymo jėga; per didelis šablono skersmuo; per didelis šablonų įėjimo spindulys, sukeliantis didelę nepalaikomą sritį	Palaipsniui padidinkite BHF, stebėdami medžiagos plyšimą; sumažinkite iškirptosios plokštės skersmenį, kad sumažėtų medžiagos tūris suspaudimo metu; įsitikinkite, kad štampo spindulys tinkamas medžiagos storio reikalavimams
Ištraukiamasis sienos paviršius (šoninė siena)	Per didelis kalaplio–štampo tarpas, leidžiantis šoninį išlinkimą; nepakankama sienos atrama; štampo spindulys per didelis, todėl raukšlės plinta iš vainiko	Sumažinkite kalaplio–štampo tarpą, kad būtų užtikrinta šoninė sienos atrama; pridėkite tarpinius atraminius elementus giliems ištraukimams; sumažinkite štampo įėjimo spindulį, stebėdami plyšimo riziką
Kampų spindulio sritis (dėžės formos detalės)	Nepakankama kampų fiksacija; per daug medžiagos kampų srityse; vienodas BHF nepakankamas nevienodai įtemptoms sritims	Pridėkite ištraukimo gumines juostas kampų vietose, kad padidėtų vietinė fiksacija; optimizuokite iškirptosios plokštės kampų geometriją, kad sumažėtų medžiagos tūris; apsvarstykite 45 laipsnių iškirptosios plokštės orientaciją kvadratinėms korpuso dalims
Detalės apačios perėjimo sritis	Nepakankamas ištempimas per smaigalio veidą; medžiaga kaupiasi prie smaigalio nosies spindulio; smaigalio spindulys per didelis, leidžiantis medžiagai susiraukšlėti	Padidinti trintį tarp smaigalio ir lakšto, kad būtų skatinamas ištempimas; sumažinti tepalo kiekį ant smaigalio veido; patikrinti, ar smaigalio nosies spindulys tinkamas atitinkamai įtraukimo gyliui

Atkreipkite dėmesį, kaip taisomosios priemonės žymiai skiriasi priklausomai nuo zonos. BHF padidinimas pašalina kraštų raukšles, tačiau nieko nedaro sienų raukšlėms, kurios kyla dėl per didelio tarpelio. Kampuose pridėtos įtraukimo juostos išsprendžia vietines varžos problemas, bet negali kompensuoti per didelio lakšto. Taisymo priemonės pritaikymas konkrečiai vietai yra būtinas.

Santykis tarp takumo stiprio ir takumo ribos taip pat įtakoja, kiek drastiškai galima reguliuoti parametrus. Medžiagos, kurių takumo riba ir tempimo stipris labai skiriasi, leidžia platinti BHF reguliavimo ribas, kol nepradeda plyšti. Medžiagos, kurių šios reikšmės yra artimos viena kitai (dažnai pasitaiko darbo užkietėjusiose sąlygose), reikalauja atsargesnių reguliavimų.

Darbo kietėjimas traukimo eigoje taip pat veikia diagnostinę interpretaciją. Žymiai deformacinį kietėjimą patyręs medžiagos pavyzdys gali parodyti raukšles vietose, kur su nauja medžiaga jos nebūtų susidariusios. Jei raukšlės pasirodo po kelių traukimo etapų be tarpinių atvirškinimų, kaupiamasis deformacinis kietėjimas gali būti sumažinęs medžiagos gebėjimą vienodai deformuotis. Šiuo atveju sprendimas nėra parametrų reguliavimas, o technologinio proceso sekos keitimas.

Palygindami medžiagos tempimo stiprumą ir takumo ribą prisiminkite, kad šių verčių skirtumas reiškia jūsų darbo kietėjimo langą. Didesnis langas reiškia didesnę galimybę įtempimui persiskirstyti prieš sugenda. Mažesnis langas reiškia, kad medžiaga greitai perėja nuo takumo į lūžį, palikdama mažiau leistinos nuokrypių ribos technologiniam procesui reguliuoti.

Aukščiau pateikta diagnostinė sistema yra tik pradžios taškas, o ne visiškas sprendimas. Tikroji trikčių šalinimo procedūra dažnai reikalauja kelių pakartotinių pataisymų, kiekvieno pakeitimo rezultatų tikrinimo ir supratimo tobulinimo apie tai, kuri mechanizmo rūšis yra vyraujanti. Tačiau pradedant vietos pagrindu atliekama diagnostika užtikrina, kad keičiamos tik tinkamos kintamųjų reikšmės, o ne sekama simptomams, taikant nesusijusias taisytines priemones.

Suprantant šakninės priežasties diagnostiką, galutinis žingsnis – šiuos principus integruoti į išsamų prevencijos strategiją, apimančią visą šablonų kūrimo darbo eigą – nuo pradinio projektavimo iki gamybos.

Raukšlių prevencija visoje šablonų kūrimo darbo eigoje

Dabar jūs suprantate mechaniką, medžiagų kintamuosius, geometrijai būdingus iššūkius ir diagnostikos sistemą. Bet kaip viską tai sujungti į praktinę prevencijos strategiją? Atsakymas slypi požiūrio organizavime pagal inžinerinį etapą. Kiekvienas šablonų kūrimo etapas suteikia specifines galimybes pašalinti raukšlėjimo riziką dar prieš tai taptant gamybos problema.

Galvokite apie raukšlėjimo prevenciją kaip apie daugiasluoksnę gynybą. Projektavimo metu priimtos sprendimų riboja galimybes, kurios yra įmanomos šablonų kūrimo metu. Šablonų parinktys nulemia technologinio proceso langą, kuris yra prieinamas gamybos metu. Praleiskite ankstyvą galimybę – vėliau turėsite dėti daugiau pastangų kompensuodami klaidą. Viską padarykite teisingai nuo pat pradžių – tada gamyba vyks sklandžiai ir be didelių įsikišimų.

Toliau pateikti etapais išdėstyti veiksmai atspindi geriausias praktikas, paremtas gamybos patirtimi ir šiame straipsnyje nagrinėtomis mechaninėmis principais.

Projektavimo ir ruošinių paruošimo geriausios praktikos

Projektavimo etapas nustato visko, kas seka, pagrindą. Čia priimtos medžiagos pasirinkimo, заготовки geometrijos ir traukimo santykio sprendimai nulemia tai, ar jūsų procesas veiks patogiai viduje raukšlių ribos ar nuolat kovos su išlinkimo defektais.

1. Pasirinkite medžiagos klasę su tinkamu n-reikšme ir r-reikšme savo traukimo gylui. Aukštesnės n-reikšmės medžiagos deformaciją paskirsto vienodžiau, todėl atsparios lokaliam išlinkimui. Aukštesnės r-reikšmės medžiagos išlaiko storį per visą įtempimo eigą, taip išlaikydamos atsparumą išlinkimui. Giliems traukimams ar sudėtingoms geometrijoms svarbiau yra formavimo savybės nei žaliavinė stiprybė. Jūsų pasirinktos medžiagos klasės formavimo ribų diagrama pateikia vaizdinę nuorodą saugioms deformacijos kombinacijoms.
2. Optimalizuokite tuščiosios detalės formą pagal detalės geometriją. Tuščiosios detalės, kurių kontūrai atitinka įspaudimo angos kontūrus, sumažina perteklinę medžiagą aukšto suspaudimo zonose. Stačiakampėms detalėms apsvarstykite 45 laipsnių tuščiosios detalės orientaciją, kad subalansuotumėte kampų srautą su šonine varža. Vengkite per didelių tuščiųjų detalių, kurios padidina suspaudimo įtempimą kraštinėje.
3. Patikrinkite, ar įtraukimo santykis yra ribinio įtraukimo santykio (LDR) ribose jūsų medžiagai. Tuščiosios detalės dydį apskaičiuokite naudodami paviršiaus ploto metodus, o ne tiesinius matavimus. Kai įtraukimo santykis artėja prie LDR ribos, numatykite daugiapakopį įtraukimą su tarpiniais žyminiais, kad atkurtumėte plastinę deformaciją tarp etapų.
4. Atsižvelkite į medžiagos savybių kitimą. Plieno ir aliuminio tamprumo modulis skiriasi žymiai, todėl vienodo storio medžiagoms išplaukia skirtinga išlinkimo atsparumas. Nurodykite įeinančios medžiagos leistinus nuokrypius, kad jūsų procesas liktų patvirtintoje darbo srityje.

Šie projektavimo etapo sprendimai yra sunkūs pakeisti, kai jau pradėta gaminti įrankiai.

Įrankių kūrimo ir gamybos etapo kontrolė

Nustačius projektavimo parametrus, įrankių kūrimas šiuos sprendimus paverčia fiziniais techniniais įrenginiais. Šis etapas suteikia paskutinę galimybę nustatyti ir pašalinti raukšlėjimo riziką prieš pradedant gaminti gamybos įrankius.

5. Naudokite formavimo modeliavimą, kad nustatytumėte raukšlėjimo rizikos zonas dar prieš pradedant gaminti įrankius. Virtualus bandymas parodo, kur suspaudimo įtempimų koncentracijos sukels išlinkimą, leisdamas inžinieriams pakoreguoti spaudimo jėgos pasiskirstymą, pridėti traukos juostas arba keisti lakšto geometriją be fizinio perdarinėjimo. Modeliavimu paremtas projektavimas sumažina bandymų ciklų skaičių ir pagreitina gamybos pradžią.
6. Nurodykite štampo įėjimo spindulį ir kalno nosies spindulį, atsižvelgdami į BHF kompromisinį santykį. Didesni spinduliai sumažina plyšimo riziką, tačiau padidina nepalaikomos kraštinės plotą. Mažesni spinduliai efektyviau suvaržo medžiagą, tačiau koncentruoja įtempimą. Šiuos priešingus poveikius subalansuokite remdamiesi savo medžiagos klase ir ištraukimo intensyvumu.
7. Projektuokite traukos briaunų vietą remdamiesi modeliavimo rezultatais. Įrengkite briaunas ten, kur reikia vietinio suvaržymo, ypač stačiakampių detalių kampuose. Reguliuokite briaunos įsiskverbimo gylį, kad pasiektumėte reikiamą suvaržymo jėgą, neperdaug apribojant medžiagos tekėjimą.
8. Patikrinkite, ar kalno–štampo tarpas tinkamas medžiagos storio sąlygomis. Per didelis tarpas leidžia sienos raukšlėtis nepriklausomai nuo kraštinės būklės. Nurodykite tarpą kaip procentinę dalį virš nominalaus storio, atsižvelgdami į medžiagos storėjimą traukimo metu.

Automobilių pramonei, kur kokybės standartai yra neabejotini, bendradarbiaujant su tiekėjais, kurie šiuos veiksmus integruoja į savo įprastą darbo eigą, rizika žymiai sumažėja. Shaoyi šis požiūris yra būdingas „“, kuris derina pažangią CAE modeliavimo programinę įrangą su IATF 16949 sertifikatu, kad užtikrintų nuolatinę kokybę automobilių štampavimo šablonų gamyboje. Jų greitojo prototipavimo galimybė, kai atlikimo laikas gali būti net 5 dienos, palaiko pakartotinį įrankių kūrimą, kai reikia pakeisti projektą. Rezultatas – 93 % pirmojo patvirtinimo rodiklis, kuris rodo, kad modeliavimu paremtas projektavimas nustato problemas dar prieš tai, kol jos pasiekia presą.

Kai įrankiai patvirtinti, gamybos fazės kontrolės užtikrina proceso stabilumą visose medžiagų partijose, operatorių pamainose ir įrangos skirtumuose.

9. Nustatykite BHF kaip stebimą procesų parametrą su apibrėžtais viršutiniais ir apatiniais ribos reikšmėmis. Dokumentuokite patvirtintą BHF diapazoną bandymo metu ir įdiekite valdymo priemones, kurios įspėtų operatorius, kai jėga išeina už šio diapazono ribų. Kaip pastebi leidinys „The Fabricator“, CNC hidrauliniai amortizatoriai leidžia keisti BHF reikšmes per stūmoklio judėjimą, suteikdami lankstumo metalo srauto valdymui ir raukšlių mažinimui, vienu metu neleisdami per didelio plonėjimo.
10. Įdiekite pirmojo gaminio tikrinimo protokolus, kuriuose būtų tikrinamos raukšlėms linkusios vietos. Remdamiesi savo modeliavimo rezultatais ir bandymų patirtimi, nustatykite vietas, kurios labiausiai tikėtina, kad pasirodys raukšlės, jei procesų sąlygos pasikeistų. Šias vietas tikrinkite pirmuosiuose gaminiuose po įrengimo, medžiagos keitimo ar ilgo prastovos.
11. Palaipsniui reguliuokite BHF, keičiant medžiagos ritines ar storius. Medžiagos savybių skirtumai tarp ritinių gali pakeisti raukšlių susidarymo slenkstį. Pradėkite atsargiai ir reguliuokite pagal pirmojo gaminio tikrinimo rezultatus, o ne tikėkite, kad ankstesnė nuostata veiks.
12. Stebėkite spaudimo pagalvėlės būklę ir kalibravimą. Netolygi spaudimo pasiskirstymas dėl nusidėvėjusių pagalvėlės smeigtukų ar pažeistų išlyginamųjų įtaisų sukelia vietinį per didelį ir per mažą varžymą, todėl tame pačiame detalių gabale atsiranda tiek raukšlės, tiek įtrūkimai. Profilaktinę priežiūrą planuokite remiantis įspaudų skaičiumi arba kalendoriniais intervalais.

Šis fazėmis sekuojantis požiūris pakeičia raukšlių prevenciją iš reaktyvaus trikčių šalinimo į proaktyvų procesų projektavimą. Kiekviena fazė remiasi ankstesniąja, kuriant daugybę galimybių identifikuoti ir pašalinti riziką dar prieš tai paveikiant gamybos kokybę.

Šiam požiūriui esminis yra supratimas, kas yra šablonai gamyboje ir kaip jie sąveikauja su medžiagos elgsena. Šablonas – tai ne tik formavimo įrankis; tai sistema, kontroliuojanti medžiagos tekėjimą, įtempimų pasiskirstymą ir atsparumą lenkimuisi visame formavimo procese. Inžinieriai, suprantantys šią sąveiką, projektuoja geriau įrankius ir pasiekia nuoseklesnius rezultatus.

Ar jūs kuriat įrankius vidinėje gamyboje, ar dirbate su specializuotais tiekėjais, principai lieka tokie patys. Projektuokite formavimui. Patikrinkite modeliavimo būdu. Kontroliuokite gamybos metu. Šis sistemingas raukšlėjimo prevencijos požiūris užtikrina nuolatinę kokybę, kurios reikalauja šiuolaikinė gamyba.

Dažniausiai užduodami klausimai apie raukšlėjimą giliojoje štampavimo operacijoje

1. Kokia yra giliojoje štampavimo operacijoje raukšlėjimo priežastis?

Raukšlėjimas įvyksta tada, kai lakštinio metalo vainiko suspaudimo aplinkinė (žiedinė) įranga viršija medžiagos atsparumą išlinkimui. Kai ruošinys įtraukiamas į štampo tuščiąją dalį, jo išorinis skersmuo sumažėja, todėl susidaro suspaudimas, kuris gali sukelti lakštinio metalo išlinkimą iš plokštumos. Pagrindiniai veiksniai, dėl kurių tai įvyksta, yra nepakankama ruošinio laikytuvo jėga, per dideli ruošiniai, plonas lakštinio metalo storis, žema medžiagos standumas ir per didelis nepalaikomas vainiko plotis. Medžiagos su mažesniu tamprumo moduliu, pvz., aliuminis, yra sąlygiškai labiau linkusios raukšlėti nei plienas esant vienodam storiam.

2. Koks skirtumas tarp flanšo raukšlėjimo ir sienelės raukšlėjimo?

Flanšo raukšlėjimas susidaro štampo plokščiojoje dalyje tarp štampo laikytuvo ir štampavimo įrankio traukimo metu, kai medžiagai veikia tiesioginis gniuždymo įtempis. Sienelės raukšlėjimas susidaro ištrauktoje šoninėje sienelėje po to, kai medžiaga praeina per štampavimo įrankio spindulį, t. y. srityje, kurią įrankiai palyginti nepalaiko. Šioms problemoms reikia skirtingų šalinimo būdų: flanšo raukšlėms reaguojama keičiant štampo laikytuvo jėgą, o sienelės raukšlėms dažniausiai reikia sumažinti kalapno ir štampavimo įrankio tarpą arba pridėti tarpines sienelės atramos funkcijas.

3. Kaip štampo laikytuvo jėga veikia raukšlėjimą?

Tuščios vietos laikymo jėga (BHF) yra pagrindinis briaunos raukšlėjimo valdymo kintamasis. Kai BHF per maža, briauna neturi pakankamo apribojimo ir susispaudžia dėl suspaudimo įtempio. Kai BHF per didelė, medžiagos tekėjimas apribojamas, todėl įvyksta išsitempimas ir galima plyšti prie kalaplio nosies. Inžinieriai turi rasti optimalų BHF intervalą, kuriame būtų slopinamas susispaudimas, tačiau vienu metu leidžiamas pakankamas medžiagos tekėjimas. Šis intervalas priklauso nuo medžiagos rūšies: aukštosios stiprumo plienų (AHSS) intervalas siauresnis nei minkštojo plieno.

4. Ar formavimo modeliavimas gali numatyti raukšlėjimą dar prieš išpjaunant šablonus?

Taip, deformavimo modeliavimo programinės įrangos, tokios kaip AutoForm, Dynaform ir PAM-STAMP, naudoja baigtinių elementų metodus, kad virtualiai išbandytų štampų projektus ir nustatytų raukšlėjimo rizikos zonas dar prieš gamindamos bet kokius fizinio įrankių komplektus. Tikslūs prognozavimai reikalauja tinkamų įvesties duomenų, įskaitant medžiagos savybes (tekėjimo stiprumą, n-reikšmę, r-reikšmę), заготовės geometriją, įrankių matmenis, laikymo jėgos pasiskirstymą (BHF) ir trinties sąlygas. Tiekejai, tokie kaip Shaoyi, integruoja pažangią kompiuterinio inžinerinio analizės (CAE) modeliavimo programinę įrangą į savo štampų kūrimo darbo eigą ir taip pasiekia 93 % pirmojo praeities patvirtinimo rodiklį, nustatydami defektus ankstyvoje stadijoje.

5. Kodėl aliuminio ir AHSS medžiagoms reikia skirtingų procesų požiūrių, kad būtų kontroliuojamas raukšlėjimas?

Aliuminio lydiniai turi maždaug vieną trečdalį plieno tamprumo modulio, todėl jų būdinga mažesnė išlinkimo atsparumas esant tokiems pat storiams. Dėl to aliuminis labiau linkęs raukšlėtis ir reikalauja tikslaus BHF valdymo su žemesniais jėgos lygiais nei plienas. AHSS klasės plienai turi aukštą takumo stiprį, todėl reikia didesnio BHF, kad būtų slopinamos raukšlės, tačiau jų ribota ištemptis siaurina langą tarp raukšlių susidarymo ir plyšimo pradžios. Kiekvienai medžiagų grupei reikia savo BHF strategijos, traukimo greičio optimizavimo ir tepimo metodo, kurie būtų pritaikyti jos specifinėms mechaninėms savybėms.