Краткое содержание

Волнистость при штамповке металла в основном вызвана сжимающими кольцевыми напряжениями в области фланца по мере уменьшения диаметра заготовки до диаметра стакана. Когда материал не может сжаться сам в себя, он выпучивается.

Наиболее эффективным методом предотвращения является применение правильного Усилие прижима заготовки (BHF) давления прижима 2,5 Н/мм² является стандартной базовой величиной. Дополнительные меры включают использование тяговые буртики вытяжных ребер радиусы матрицы радиусов закругления матрицы

Физика образования складок: почему металл деформируется

Чтобы эффективно предотвратить образование морщин, инженеры сначала должны понять механизм неустойчивость при сжатии в процессе глубокой вытяжки плоская заготовка преобразуется в трёхмерную форму. По мере того как материал перемещается от внешнего края заготовки к полости матрицы, её окружность уменьшается. Это сокращение приводит к тангенциальному сжатию материала (кольцевое напряжение). Если это сжимающее напряжение превышает критическое напряжение потери устойчивости материала, металл начинает волниститься или складываться, образуя морщины.

Это явление регулируется Коэффициент предельной вытяжки (LDR) —соотношением между диаметром заготовки и диаметром пуансона. Когда заготовка слишком велика относительно пуансона, количество материала, «собирающегося» в фланце, становится неуправляемым, что приводит к сильному утолщению. Если зазор между поверхностью матрицы и прижимом заготовки не контролируется строго, чтобы компенсировать это утолщение (обычно допускается только 10–20 % зазора сверх номинальной толщины), материал будет продавливаться в свободное пространство.

Образование морщин проявляется в двух основных формах: Гофрирование фланца (первого порядка), которое возникает в области под прижимом, и Гофрирование стенки (второго порядка), которое происходит в неподдерживаемой области между радиусом матрицы и радиусом пуансона. Определение места возникновения гофры — первый шаг в диагностике: гофры на фланце указывают на недостаточное давление прижима, тогда как гофры на стенке часто свидетельствуют о чрезмерно большом радиусе матрицы или плохой подгонке материала.

Основное решение: оптимизация усилия держателя заготовки (BHF)

Компания Держатель заготовки (или прижима) является основным регулируемым параметром для предотвращения гофрообразования. Его функция заключается в создании достаточного давления на фланец для подавления выпучивания при обеспечении возможности протекания материала в полость матрицы. Если давление слишком низкое, образуются гофры; если слишком высокое — материал рвётся (разрушается), поскольку не может течь.

Согласно отраслевым стандартам, требуемое удельное давление значительно варьируется в зависимости от типа материала. Практическое эмпирическое правило для начальной настройки следующее:

• Сталь: ~2,5 Н/мм²
• Медные сплавы: 2,0 – 2,4 Н/мм²
• Алюминиевые сплавы: 1,2 – 1,5 Н/мм²

Инженеры должны рассчитать требуемое усилие на основе проектируемой площади фланца под прижимной плитой. Рекомендуется добавить коэффициент запаса примерно 30% к этому расчету на этапе проектирования, поскольку легче уменьшить давление на прессе, чем создать большее усилие, чем позволяет конструкция.

Для сложных деталей равномерное давление зачастую недостаточно. В современных системах используются системы переменного давления (гидравлические или азотные подушки), которые могут регулировать усилие по ходу — применяя высокое давление в начале для фиксации фланца и снижая его по мере углубления детали, чтобы предотвратить разрыв. Использование отстояния или уравнительных блоков (ограничительных блоков) имеет критическое значение для обеспечения точного зазора, немного превышающего толщину материала, с тем чтобы прижим не просто деформировал лист, а контролировал его.

Конструктивные элементы оснастки: тяговые буртики и радиусы

Когда одного давления недостаточно для контроля течения материала — что часто встречается в несимметричных автомобильных деталях — тяговые буртики являются требуемым инженерным решением. Протяжки — это выступающие рёбра на прижиме, которые заставляют материал изгибаться и распрямляться перед входом в полость матрицы. Это механическое действие создаёт удерживающее усилие, независимое от трения, обеспечивая точный локальный контроль течения материала.

Геометрия радиус матрицы также имеет решающее значение. Слишком малый радиус ограничивает течение материала и вызывает разрывы, тогда как радиус, который слишком большой уменьшает площадь контакта и эффективное натяжение на фланце, способствуя чрезмерно свободному течению материала и образованию складок. Радиус матрицы должен быть идеально отполирован и геометрически точным, чтобы поддерживать «оптимальную зону» натяжения.

Кроме того, важна жёсткость самого инструмента. Если матрица недостаточной толщины, он может прогибаться под нагрузкой, создавая неравномерное распределение давления. Направляющие пальцы должны быть достаточно прочными, чтобы предотвратить любое боковое смещение верхнего и нижнего инструментов, которое привело бы к неодинаковым зазорам и локальному образованию складок.

Переменные процесса: смазка и выбор материала

Трение — это двойной меч в процессе глубокой вытяжки. Хотя смазка оно необходимо для предотвращения задиров и разрывов, избыточная смазочная способность (слишком сильное скольжение) может фактически усугубить образование складок если усилие прижима заготовки (BHF) не увеличено для компенсации. Материал течет настолько легко, что прижим не может создать достаточное трение, чтобы противостоять силам выпучивания. Убедитесь, что смазка наносится равномерно, а сопла закреплены в правильном положении.

Свойства материала также определяют технологическое окно. В применениях с нержавеющей сталью замена стандартной 304с 304L может значительно улучшить формуемость. У марки 304L более низкий предел текучести (примерно 35 тыс. фунтов на кв. дюйм против 42 тыс. для 304), что означает меньшее сопротивление течению и более медленное упрочнение при деформации, снижая усилие, необходимое для удержания плоскостности. Всегда проверяйте, указан ли исходный материал как «Deep Draw Quality» (DDQ), чтобы минимизировать анизотропию.

Даже при идеальном дизайне физические возможности вашего производственного партнера являются ограничивающим фактором. Для высокотехнологичных автомобильных компонентов, таких как рычаги подвески или подрамники, точность является обязательным условием. Производители вроде Shaoyi Metal Technology используют прессы с усилием до 600 тонн и сертификацию IATF 16949, чтобы преодолеть разрыв между быстрым прототипированием и массовым производством. Партнерство с профильным специалистом гарантирует, что теоретические расчеты BHF соответствуют реальным возможностям оборудования, предотвращая дефекты до их поступления на сборочную линию.

Чек-лист поиска неисправностей: пошаговый протокол

Когда на производственной линии появляются складки, выполните следующую систематическую диагностику, чтобы определить первопричину:

1. Проверка пресса: Проверьте износ направляющих или несоосность ползуна. Если ползун не опускается ровно, распределение давления будет неравномерным.
2. Проверьте характеристики материала: Соответствует ли толщина материала заданной? Измерьте край рулона; отклонения даже на 0,003 дюйма могут повлиять на зазор прижима.
3. Проверьте дистанционные втулки: Правильно ли установлены упорные блоки с нужным зазором? Если они изношены или ослаблены, прижимная плита может «упираться» до того, как будет приложено усилие к листу.
4. Постепенно регулируйте усилие прижима: Увеличивайте давление прижима постепенно небольшими шагами. Если морщины сохраняются, но начинается разрыв материала, вы слишком сузили технологическое окно — обратите внимание на тяговые буртики или изменение смазки.
5. Проверьте смазку: Проверьте, не слишком ли концентрированная смесь смазки или не наносится ли она слишком обильно в области фланца.
6. Осмотрите поверхность инструмента: Ищите задиры на тяговых буртиках или радиусах, которые могут вызывать неравномерное трение.

Контроль течения материала

Предотвращение образования морщин заключается не в устранении усилия, а в его точном управлении. Это требует комплексного подхода, обеспечивающего баланс между окружным напряжением и такими параметрами, как усилие прижима заготовки, геометрия инструмента и выбор материала. Рассматривая процесс штамповки как систему взаимодействующих переменных, а не отдельные этапы, производители могут получать стабильные, бездефектные глубоко вытянутые детали.

Успех кроется в деталях: точный расчет давления в Н/мм², стратегическое размещение прижимных борозд и дисциплина в поддержании состояния пресса и инструмента. При соблюдении этих условий даже самые сложные геометрии можно надежно формовать.

Часто задаваемые вопросы

1. Как рассчитать правильное усилие прижима заготовки?

Базовый расчет заключается в умножении площади фланца (под прижимной плитой) на требуемое удельное давление для материала. Для мягкой стали используйте примерно 2,5 Н/мм² (МПа). Всегда добавляйте запас прочности (например, +30 %) к требуемой мощности пресса, чтобы обеспечить возможность регулировок при пробной штамповке.

2. Может ли избыток смазки вызвать образование складок?

Да. Смазка снижает трение — одну из сил, сдерживающих течение материала. Если трение значительно падает без соответствующего увеличения усилия прижима заготовки, материал может слишком свободно поступать в полость матрицы, что приведет к выпучиванию и образованию складок.

3. В чем разница между образованием складок и разрывом?

Морщинистость и разрыв являются противоположными видами повреждений. Морщинистость вызвана чрезмерным сжатием и недостаточной ограничением потока (избыточным материалом). Разрыв (расслоение) вызван чрезмерным натяжением и слишком сильным ограничением потока (недостаточным материалом). Цель штамповщика — найти «окно процесса» между этими двумя дефектами.