Краткое содержание

Растрескивание матриц для вытяжки является критическим производственным отказом, основными причинами которого являются чрезмерные напряжения, дефекты материала, ошибки в эксплуатации и плохая конструкция инструмента. Основные причины включают локализованные сжимающие напряжения, приводящие к упрочнению при деформации, снятие внутренних напряжений в материале и металлургические дефекты как в матрице, так и в заготовке. Недостаточная смазка, неправильная центровка оборудования и несоответствующая геометрия матрицы — например, неверные радиусы или зазоры — также вносят значительный вклад в преждевременный выход матрицы из строя.

Понимание принципиальной разницы: растрескивание и раскалывание

Перед диагностикой отказа необходимо чётко различать трещины и разрывы, поскольку их основные причины и способы устранения принципиально различаются. Ошибочное определение режима отказа часто приводит к неправильным и неэффективным корректирующим действиям. Хотя и в том, и в другом случае деталь бракуется, они возникают при противоположных состояниях напряжения.

Разделены является отказом на растяжение. Он возникает, когда металл растягивается за пределы своей максимальной способности к удлинению. Этот процесс часто предваряется видимым утонением материала, известным как «шейка». Представьте, как тянут карамель, пока она не истончится в центре и в конечном итоге не порвётся. При процессе вытяжки разрыв, как правило, проявляется в виде горизонтального разрыва вблизи радиуса пуансона, где материал был чрезмерно растянут. Обычные решения включают увеличение радиуса пуансона, улучшение смазки или использование материала с лучшими характеристиками удлинения.

Трещины , напротив, представляет собой разрушение от сжатия. Оно возникает из-за чрезмерного локального сжатия, которое приводит к чрезмерному упрочнению и хрупкости материала в определённой области. Как указано в анализе, проведённом Изготовитель , этот вид разрушения приводит к тому, что металл на месте разрыва становится толще, чем в исходном состоянии. Трещины часто проявляются в виде вертикальных повреждений и всё чаще встречаются при использовании высокопрочных сталей и нержавеющих сталей. Попытка устранить трещину с помощью решения, предназначенного для расслоения, только усугубит проблему.

Для правильной диагностики рассмотрите следующие ключевые различия:

Причины, связанные с материалом, и inherentные дефекты

Физические и химические свойства как заготовки, так и самого штампа часто становятся причиной трещин. Отказы, возникающие из-за материала, могут быть неочевидными, но существенно сказываются на выходе годной продукции и сроке службы инструмента. Эти проблемы можно в целом разделить на две категории: проблемы с исходным материалом, используемым для вытяжки, и дефекты в материале конструкции штампа.

Для заготовки основной причиной является неправильный выбор исходного материала. Материалы с низкой пластичностью или высоким коэффициентом упрочнения при холодной деформации, такие как аустенитная нержавеющая сталь, особенно подвержены этому. В процессе деформации такие материалы могут претерпевать фазовое превращение, приводящее к образованию хрупкой мартенситной структуры, что делает их склонными к растрескиванию, как объясняют эксперты компании Kanou Mould . Кроме того, поверхностные дефекты заготовки, такие как зазубрины или задиры, могут нарушить плавное протекание материала в матрицу, что приводит к образованию трещин — распространённой проблеме, на которую обращают внимание Точное формование .

Что касается оснастки, качество материала матрицы имеет первостепенное значение. Например, матрица из карбида низкого качества может привести к катастрофическому разрушению. Подробный анализ отказов в The Fabricator's Tube & Pipe Journal указывает на металлургические дефекты, такие как пористость из-за неправильного спекания, как на одну из основных причин. Если порошок карбида не был должным образом спечен, компоненты вольфрама и кобальта не соединяются правильно, что снижает структурную целостность матрицы и её способность выдерживать напряжения при волочении. Это создаёт слабые места, где трещины могут легко зарождаться и распространяться.

Для предотвращения отказов, связанных с материалом, эффективны следующие стратегии:

• Выбор материала: Выбирайте материалы с хорошей пластичностью и формовываемостью для предполагаемого применения. Для материалов, которые значительно упрочняются при деформации, планируйте промежуточный процесс отжига для восстановления пластичности.
• Контроль качества: Осуществляйте тщательную проверку поступающего сырья на наличие поверхностных дефектов или несоответствий по толщине.
• Спецификация материала матрицы: Требуйте высококачественного, правильно спеченного карбида или других подходящих инструментальных сталей от проверенных поставщиков. Убедитесь, что материал матрицы подходит для напряжений, возникающих при вытяжке конкретных материалов заготовок.

Эксплуатационные повреждения: технологические напряжения, смазка и выравнивание

Даже при идеальных материалах и конструкции матрицы ошибки в самом процессе вытяжки являются основной причиной трещин. Эти эксплуатационные повреждения часто возникают из-за сложного взаимодействия напряжений, трения и механической настройки. Их устранение требует тщательного контроля и мониторинга производственной среды.

Одной из самых фундаментальных причин является снятие внутренних напряжений . Как отмечают многочисленные источники в отрасли, внутренние напряжения являются неизбежным побочным продуктом при производстве металлов. Во время процесса вытяжки эти накопленные напряжения высвобождаются, что может проявляться в виде трещин — иногда сразу после формовки, а иногда и спустя некоторое время хранения. Это особенно характерно для материалов с высоким показателем упрочнения.

Недостаточная смазка является еще одной серьезной эксплуатационной неисправностью. Смазочные материалы образуют защитную пленку между матрицей и заготовкой, уменьшая трение и нагрев. При разрушении этой пленки возникает контакт металл-металл, что приводит к заеданию, увеличению усилий вытяжки и, в конечном счете, к разрушению. Выбор смазочного материала имеет решающее значение; для сложных материалов, таких как нержавеющая сталь, могут потребоваться специализированные смазки, например пленки из PVDF, чтобы поддерживать эффективный барьер.

И наконец, механическое несоосность могут вызывать неравномерные напряжения, приводящие к преждевременному выходу из строя фильеры. Например, изношенный шкив, подающий проволоку в фильеру под неправильным углом, создаёт нестабильный рисунок износа. Это концентрирует напряжение в отдельных точках фильеры, что приводит к локализованному износу и образованию трещин. Как показал один из примеров, проблема заключалась не в самой фильере, а в канавке шкива на предыдущем этапе, вызывавшей смещение.

Операторы могут использовать следующий контрольный список для диагностики и предотвращения эксплуатационных сбоев:

• Проверка смазки: Убедитесь, что система смазки работает правильно и используется соответствующая смазка для материала и процесса.
• Проверка выравнивания: Регулярно проверяйте все компоненты волочильного станка, включая шкивы и направляющие, на предмет износа, а также обеспечьте правильное выравнивание заготовки при входе в фильеру.
• Контроль параметров: Убедитесь, что скорости волочения и коэффициенты обжатия находятся в пределах рекомендованных значений для обрабатываемого материала.
• Управление напряжениями: Для материалов, склонных к отложенному растрескиванию, рекомендуется как можно скорее проводить термообработку для снятия напряжений после формовки.

Недостатки конструкции штампа и низкое качество изготовления

Конструкция и качество изготовления вытяжного штампа лежат в основе его эффективности и долговечности. Дефекты в любой из этих областей могут вызывать концентрацию напряжений и нарушения течения материала, что прямо приводит к образованию трещин независимо от качества материала или точности эксплуатации. Хорошо спроектированный штамп обеспечивает плавное течение материала, в то время как плохо спроектированный создает препятствия для этого.

Распространенными дефектами конструкции является неправильная геометрия. Например, если радиусы пуансона и матрицы слишком малы (слишком остры), они могут ограничивать поступление материала в полость матрицы, увеличивая растягивающие напряжения и вызывая разрушение. Напротив, слишком большой радиус может привести к образованию складок. Согласно CNstamping , неправильный зазор между пуансоном и матрицей является еще одной частой причиной растрескивания. Аналогично, недостаточная длина угла подвода концентрирует усилие вытяжки на слишком малой площади, выдавливая смазку и приводя к заеданию и выходу из строя.

Некачественное исполнение может свести на нет даже идеальный дизайн. Плотность посадки карбидной вставки в стальном корпусе имеет важнейшее значение как для механической опоры, так и для отвода тепла. Если вставка не полностью поддерживается — например, из-за конической внутренней поверхности корпуса — она не сможет выдержать усилия вытяжки и потрескается. Правильная посадка вставки в корпус с помощью термической посадки (нагрева) необходима для обеспечения максимальной площади контакта, что позволяет корпусу эффективно отводить тепло и предотвращать перегрев вставки.

Чтобы избежать этих проблем, крайне важно сотрудничать с опытным и квалифицированным производителем штампов. Специалист может обеспечить правильную разработку и изготовление инструмента для конкретного применения с учетом свойств материала, уклона и эксплуатационных нагрузок. Например, такие специалисты, как Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. используют передовые CAE-симуляции для оптимизации конструкции штампов и применяют глубокие знания в управлении проектами для поставки высококачественных и надежных инструментов для сложных применений, таких как штамповка в автомобильной промышленности.

Ключевые аспекты проектирования и изготовления штампов включают:

• Оптимизированная геометрия: Обеспечьте, чтобы радиусы, зазоры и углы подвода соответствовали конкретному материалу и геометрии детали.
• Надлежащая поддержка вставок: Используйте вставки с бесцентровым шлифованием и обеспечьте их полную поддержку внутри корпуса для максимальной теплопередачи и механической прочности.
• Течение материала: Для заготовок нестандартной формы рассмотрите конструкции с коническими углубленными углами, чтобы предотвратить врезание острых углов в плоские поверхности штампа.
• Сотрудничество со специалистами: Тесно сотрудничать с поставщиками оснастки для проверки конструкций и обеспечения соблюдения практик высококачественного производства.

Часто задаваемые вопросы

1. Какова причина растрескивания блока матрицы в процессе формовки?

Блок матрицы может потрескаться по нескольким причинам, в первую очередь связанным с напряжением и целостностью материала. Основные причины включают концентрацию напряжений из-за дефектов конструкции матрицы или неправильного выравнивания, что концентрирует огромное усилие на небольшой площади. Другим важным фактором является неравномерное распределение карбидов в инструментальной стали, создающее слабые места. Наконец, высокие температуры во время работы могут снизить устойчивость материала к растрескиванию, особенно если матрица недостаточно охлаждается.

2. Что вызывает растрескивание металла?

Трещины в металле, как правило, возникают из-за напряжений, превышающих прочность материала. Это может происходить по разным причинам, включая механическую перегрузку от приложенных сил (например, при процессе вытяжки), термические напряжения из-за быстрого нагрева или охлаждения, остаточные внутренние напряжения от предыдущих этапов производства и внешние факторы, такие как коррозия, которые со временем ослабляют материал. Дефекты материала, такие как пористость или включения, также служат точками зарождения трещин.

3. Что вызывает большинство трещин при формовке листового металла?

При формовке листового металла большинство трещин вызвано чрезмерной локализованной деформацией. Часто это происходит из-за неправильного зазора матрицы, когда расстояние между пуансоном и матрицей слишком мало, что заставляет металл срезаться или трескаться. Плохое выравнивание также может создавать неравномерные напряжения, приводящие к разрушению. Другой распространённой причиной является недостаточная поддержка или зажим материала, из-за чего листовой металл растягивается неравномерно и превышает свой предел удлинения, в результате чего появляются разрывы или трещины.