TL;DR

Plooivorming bij metaalponsen wordt voornamelijk veroorzaakt door drukspanningen in omlooprichting in de flenszone terwijl de grondplaatdiameter wordt verkleind tot de kantdiameter. Wanneer het materiaal niet kan inkrimpen, ontstaat er kruip.

De meest effectieve preventiemethode is het aanbrengen van de juiste Blankehouderkracht (BHF) om de materiaalstroom te beperken zonder scheuren te veroorzaken. Voor staal is een druk van ongeveer 2,5 N/mm² de standaard uitgangswaarde. Secundaire maatregelen zijn het gebruik van trekgroeven om de stroom mechanisch te beperken in complexe gebieden en het waarborgen dat matrijsstralen geoptimaliseerd zijn (niet te groot) om de spanning te behouden. Operators dienen prioriteit te geven aan het balanceren van stroomweerstand tegenover de Maximale Diepteverhouding (LDR) van het materiaal.

De natuurkunde van plooivorming: waarom metaal kromtrekt

Om efficiënt te voorkomen dat er rimpels ontstaan, moeten ingenieurs eerst het mechanisme van compressie-instabiliteit begrijpen. Tijdens dieptrekken wordt een platte grondvorm omgezet in een driedimensionale vorm. Naarmate het materiaal vanaf de buitenrand van de grondvorm naar de matrijsholte stroomt, neemt de omtrek af. Deze vermindering dwingt het materiaal tot tangentiële compressie (ringbelasting). Als deze drukspanning de kritische knikspanning van het materiaal overschrijdt, golft of plooit het metaal, waardoor rimpels ontstaan.

Dit fenomeen wordt bepaald door de Limiterende trekratio (LDR) —de relatie tussen de diameter van de grondvorm en de diameter van de stempel. Wanneer de grondvorm te groot is ten opzichte van de stempel, wordt de hoeveelheid materiaal die in de flens 'verzamelt' onbeheersbaar, wat leidt tot ernstige verdikking. Als de spleet tussen het matrijsvlak en de plaatdrukker niet strikt wordt gecontroleerd om rekening te houden met deze verdikking (doorgaans slechts 10-20% speling boven de nominale dikte toestaand), zal het materiaal inklikken in de lege ruimte.

Rimpelvorming komt in twee hoofdvormen voor: Flensplooien (Eerste-orde), die optreedt in het gebied onder de klemplaat, en Wandplooien (Tweede-orde), die zich voordoet in het onondersteunde gebied tussen de malradius en de stansradius. Het bepalen van waar de plooi ontstaat, is de eerste stap in de diagnostiek: flensplooien duiden op onvoldoende klemplaatdruk, terwijl wandplooien vaak wijzen op te grote malradii of een slechte materiaalpassing.

Primaire Oplossing: Optimalisatie van de Blank Holder Force (BHF)

De Plaatdrukker (of klemplaat) is de primaire instelbare variabele om plooien te voorkomen. De functie hiervan is om voldoende druk uit te oefenen op de flens om kruisvorming te onderdrukken, terwijl het materiaal nog wel in de mal kan stromen. Als de druk te laag is, ontstaan er plooien; als de druk te hoog is, scheurt het materiaal (breuk) omdat het niet kan stromen.

Volgens industrienormen varieert de vereiste specifieke druk sterk per materiaalsoort. Een praktische vuistregel voor de initiële instelling is:

• Staal: ~2,5 N/mm²
• Koper Legeringen: 2,0 – 2,4 N/mm²
• Aluminiumlegeringen: 1,2 – 1,5 N/mm²

Ingenieurs moeten de benodigde kracht berekenen op basis van het geprojecteerde oppervlak van de flens onder de klemring. Het is raadzaam om een veiligheidsfactor van ongeveer 30% toe te voegen aan deze berekening tijdens de ontwerpfase, omdat het gemakkelijker is om de druk op de pers te verlagen dan meer kracht te genereren dan het ontwerp toelaat.

Bij complexe onderdelen is een uniforme druk vaak onvoldoende. Geavanceerde opstellingen gebruiken variabele druksystemen (hydraulische of stikstofkussens) die de kracht gedurende de slag kunnen aanpassen—aanvankelijk hoge druk toepassend om de flens vast te zetten en deze verminderend naarmate het onderdeel dieper wordt, om scheuren te voorkomen. Het gebruik van afstandshouders of uitlijkblokken (stopblokken) is cruciaal om een nauwkeurige spleet te behouden die iets dikker is dan het materiaal, zodat de klemring het plaatmateriaal niet gewoon platdrukt, maar dit juist in bedwang houdt.

Regelelementen voor gereedschapsontwerp: Trekribbels en Rondingen

Wanneer alleen druk onvoldoende is om de materiaalstroming te beheersen—vaak het geval bij niet-symmetrische auto-onderdelen— trekgroeven zijn de vereiste engineeringoplossing. Trekstaven zijn verhoogde ribbels op de klemplaat die het materiaal dwingen om te buigen en weer te strekken voordat het de matrijsholte binnenkomt. Deze mechanische werking creëert een tegenhoudende kracht onafhankelijk van wrijving, waardoor nauwkeurige lokale stroomregeling mogelijk is.

De geometrie van de matrijsradius is eveneens kritiek. Een te kleine radius beperkt de stroom en veroorzaakt scheuren, maar een radius die te groot is te groot vermindert het contactoppervlak en de effectieve spanning op de flens, waardoor het materiaal te vrij stroomt en kreukelt. De matrijsradius moet perfect gepolijst en geometrisch nauwkeurig zijn om het 'zoete punt' van spanning te behouden.

Bovendien is de stijfheid van de mal zelf van belang. Als de die schoen niet dik genoeg is, kan deze buigen onder drukbelasting, waardoor een onevenredige drukverdeling ontstaat. Geleidingspelden moeten robuust genoeg zijn om elke zijdelingse beweging van de boven- en ondermal te voorkomen, wat zou leiden tot inconsistente spleten en plaatselijke kreukelvorming.

Procesvariabelen: Smering en Materiaalkeuze

Wrijving is een dubbelzijdig zwaard bij dieptrekken. Hoewel lubricatie essentieel is om krasvorming en scheuren te voorkomen, kan een te hoge smering (te veel glijding) daadwerkelijk verergeren van kreuken als de BHF niet wordt verhoogd om dit te compenseren. Het materiaal stroomt zo gemakkelijk dat de klemring niet voldoende wrijving kan opwekken om de plooikrachten tegen te houden. Zorg ervoor dat de smeermiddel gelijkmatig wordt aangebracht en dat de spuitmonden vaststaan.

Materiaaleigenschappen bepalen ook het procesvenster. Voor roestvrijstaaltoepassingen kan het vervangen van standaard 304met 304L aanzienlijk de vormbaarheid verbeteren. 304L heeft een lagere vloeisterkte (ongeveer 35 KSI vergeleken met 42 KSI voor 304), wat betekent dat het minder weerstand biedt tegen stroming en langzamer verhardt, waardoor de kracht die nodig is om het vlak te houden, wordt verlaagd. Controleer altijd of het grondmateriaal is gespecificeerd als "Deep Draw Quality" (DDQ) om anisotropie te minimaliseren.

Zelfs met een perfect ontwerp is de fysieke capaciteit van uw productiepartner een beperkende factor. Voor auto-onderdelen in grote oplages, zoals stuurbekkens of subframes, is precisie onontbeerlijk. Producenten zoals Shaoyi Metal Technology gebruiken persmachines met een capaciteit tot 600 ton en beschikken over IATF 16949-certificering om de kloof te overbruggen tussen snel prototypen en massaproductie. Samenwerken met een specialist zorgt ervoor dat de theoretische BHF-berekeningen worden ondersteund door daadwerkelijke apparatuurcapaciteit, waardoor defecten worden voorkomen voordat ze de assemblagelijn bereiken.

Probleemoplossingschecklist: Een stap-voor-stapprotocol

Wanneer er rimpels op de productielijn verschijnen, volg dan dit systematische diagnoseproces om de oorzaak te identificeren:

1. Inspecteer de pers: Controleer op slijtage van gibs of niet-evenwijdigheid van de zuiger. Als de zuiger niet recht naar beneden komt, zal de drukverdeling oneven zijn.
2. Controleer materiaalspecificaties: Is de materiaaldikte consistent? Meet de rand van de coil; variaties van slechts 0,076 mm kunnen invloed hebben op de klemmengap.
3. Controleer de afstandhouders: Staan de stopblokken op de juiste afstand? Als ze slijtage vertonen of loszitten, kan de houder volledig worden ingedrukt voordat er kracht op het plaatmateriaal wordt uitgeoefend.
4. Pas de blankehoudkracht trapsgewijs aan: Verhoog de blankehoudkracht in kleine stappen. Als er nog steeds plooien ontstaan maar scheuren beginnen te verschijnen, dan is het procesvenster te veel verkleind — overweeg gebruik van trekstaven of veranderingen in smering.
5. Controleer de smering: Controleer of de smeermiddelmengsel te rijk is of te zwaar wordt aangebracht in het flensgebied.
6. Onderzoek het gereedschapsoppervlak: Zoek naar kleving op de trekstaven of radii die ongelijke weerstand kan veroorzaken.

Het stromingsproces beheersen

Het voorkomen van plooivorming gaat niet om het elimineren van kracht, maar om het nauwkeurig beheren ervan. Dit vereist een holistische aanpak waarbij de fysica van ringkrachten wordt afgestemd op de technische regelingen van blankehoudkracht, gereedschapsgeometrie en materiaalkeuze. Door het stansproces als een systeem van onderling afhankelijke variabelen te beschouwen in plaats van geïsoleerde stappen, kunnen fabrikanten consistente, foutloze dieptrekonstukken produceren.

Succes ligt in de details: de nauwkeurige berekening van de druk in N/mm², de strategische plaatsing van trekstaven en de discipline om de pers- en gereedschapsomstandigheden te handhaven. Met deze controles op hun plaats kan zelfs de meest complexe geometrie betrouwbaar worden gevormd.

Veelgestelde Vragen

1. Hoe bereken ik de juiste blankehouderkracht?

De basiscalculatie houdt in dat het oppervlak van de flens (onder de klemring) wordt vermenigvuldigd met de specifieke druk die nodig is voor het materiaal. Voor zacht staal, gebruik ongeveer 2,5 N/mm² (MPa). Voeg altijd een veilheidsmarge toe (bijvoorbeeld +30%) aan uw perscapaciteitsvereisten om aanpassingen tijdens de proef te kunnen uitvoeren.

2. Kan te veel smeermiddel rimpelvorming veroorzaken?

Ja. Smeermiddel vermindert wrijving, wat één van de krachten is die de materiaalstroming beperkt. Als de wrijving sterk daalt zonder een overeenkomstige verhoging van de blankehouderkracht, kan het materiaal te vrij in de mal stromen, wat leidt tot plooivorming en rimpels.

3. Wat is het verschil tussen rimpelvorming en scheuren?

Kreuken en scheuren zijn tegengestelde mislukkingsvormen. Kreuken wordt veroorzaakt door te grote compressie en onvoldoende stroombeperking (los materiaal). Scheuren (splijten) wordt veroorzaakt door te grote trekspanning en te veel stroombeperking (strak materiaal). Het doel van de perser is om het "procesvenster" tussen deze twee gebreken te vinden.