Čo skutočne znamená konštrukcia výlisku hlbokého tiahnutia pre presnú výrobu

Keď máte za úlohu vyrábať bezšvíkové valcové nádoby, kyslíkové fľaše alebo automobilové súčiastky s mimoriadnym pomerom hĺbky ku priemeru, konštrukcia výlisku hlbokého tiahnutia sa stáva najdôležitejším faktorom úspechu. Na rozdiel od bežného strihu, kde sa kov strihá alebo ohýba, proces hlbokého tiahnutia mení plochý plech na duté trojrozmerné tvary riadeným plastickým tokom materiálu. Geometria výlisku, ktorú zadáte, určuje, či sa materiál rovnomerne stlačí do požadovaného tvaru, alebo praskne v dôsledku nadmerného namáhania.

Definovanie konštrukcie výlisku hlbokého tiahnutia v modernej výrobe

Čo je to hlboké tiahnutie vlastne? Je to operácia tvárnenia kovu, pri ktorej razník vtlačí plochý polotovar do dutiny výlisku a vytvorí hĺbku, ktorá presahuje priemer súčiastky. Podľa Výrobca , jedným z najväčších omylov je, že kov sa pri tvárnení natiahne do požadovaného tvaru. V skutočnosti hlboké ťahanie zahŕňa minimálne predĺženie materiálu. Kov sa v skutočnosti zhrubuje plastickým tokom, keď tlakové sily posúvajú materiál smerom dovnútra k trníku.

Toto rozlíšenie je dôležité pre váš prístup k návrhu nástrojov. Navrhujete nástroje, ktoré riadia kompresiu a tok materiálu, nie jeho predĺženie. Každý polomer, medzera a úprava povrchu ovplyvňujú, ako efektívne sa kovová platňa premení na požadovanú geometriu.

Prečo návrh nástroja určuje kvalitu dielu

Geometria vášho nástroja priamo ovplyvňuje tri kľúčové výsledky:

• Vzory toku materiálu - Polomery trníka a matrice určujú, kde sa kov komprimuje a kde sa predlžuje
• Presnosť geometrie dielu - Vzdušné medzery a vyberacie stupne určujú konzistenciu rozmerov
• Výrobná efektívnosť - Správny návrh minimalizuje počet ťahacích stupňov a eliminuje nákladné dodatočné opravy

Vzťah medzi polohou záberu a okrajom polotovaru je obzvlášť dôležitý. Kov v tlaku odoláva toku. Ak je tvárniaci záber príliš ďaleko od okraja polotovaru, stlačená zóna sa stane príliš veľkou, odpor proti toku prekročí medzu pevnosti a v blízkosti hrotu záberu dôjde k trhaniu.

Pomer taženia – vzťah medzi priemerom polotovaru a priemerom záberu – je základným princípom úspešného hlbokého taženia. Ak prekročíte limitný pomer taženia vášho materiálu, žiadne množstvo maziva ani úprava sily lisu nezabránia zlyhaniu.

Tento technický odkaz poskytuje konkrétne parametre, vzorce a prístupy k riešeniu problémov, ktoré potrebujete na úspešný návrh dielne. Či ide o vývoj nových produktov s využitím hĺbkového tiahnutia alebo o optimalizáciu existujúcich nástrojov, nájdete tu praktické pokyny podopreté overenými inžinierskymi princípmi. Nasledujúce časti pokrývajú limity tiahnutia podľa materiálu, výpočet veľkosti polotovaru, špecifikácie polomerov, plánovanie viacstupňového procesu a stratégie riešenia chýb, ktoré menia vaše návrhy z teoretických koncepcií na výrobnopripravené nástroje.

Limity tiahnutia a percentuálne redukcie podľa materiálu

Už viete, že pomer tiahnutia určuje úspech pri hĺbkovom tiahnutí. Ale aké konkrétne limity platia pre oceľ pri hĺbkovom tiahnutí v porovnaní s hĺbkovým tiahnutím hliníku alebo nerezovej ocele? Bez presných číselných parametrov môžete len hádať. Táto časť poskytuje presné hodnoty potrebné na výpočet počtu stupňov a na predchádzanie porušeniu materiálu.

Maximálne pomery vyťahovania podľa typu materiálu

Vzorec pre limitný pomer vyťahovania (LDR) je jednoduchý:

LDR = D / d, kde D sa rovná priemeru polotovaru a d sa rovná priemeru piestika (vnútornému priemeru cisterny)

Tento pomer udáva, aký veľký polotovar možno úspešne vytvoriť s konkrétnou veľkosťou piestika. Podľa Toledo Metal Spinning slúži tento vzorec ako východiskový bod na určenie počtu potrebných vyťahovaní. Kľúčovým faktorom však je, že hodnoty LDR sa výrazne líšia v závislosti od materiálu.

Keď proces tvárnenia plechu presiahne tieto limity, obvodové tlakové napätie prekročí únosnosť materiálu. Ak Macrodyne Press uvádza, ak redukcia pri hĺbkovom vyťahovaní prekročí medzu materiálu, polotovar sa natiahne alebo roztrhne v blízkosti hrotu piestika. Odpor proti toku jednoducho prevládne nad pevnosťou v ťahu.

Tu je to, čo potrebujete vedieť o parametroch špecifických pre materiál:

Typ materiálu	Hodnota prvého ťahania	Následná redukcia %	Odporúčaný práh žíhania
Nízkouhlíková oceľ (plech na hlboké taženie)	2,0 – 2,2	25 % – 30 %	Po 40 % kumulatívnej redukcii
Nerezová oceľ (304/316)	1,8 – 2,0	20 % – 25 %	Po kumulatívnom znížení o 30 %
Hliníkové zliatiny (1100, 3003)	1,9 - 2,1	20 % – 25 %	Po kumulatívnom znížení o 35 %
Medené zliatiny (C11000, C26000)	2,0 - 2,3	25 % – 30 %	Po kumulatívnom znížení o 45 %

Upozorňujeme, že hlboké tiahnutie z nehrdznúcej ocele predstavuje najnáročnejšie parametre. Vlastnosti zpevnenia pri tvárnení znamenajú nižšie pomer prvotného tiahnutia a skorší požiadavky na žíhanie v porovnaní s uhlíkovou oceľou alebo meďou.

Výpočet percentuálneho zníženia pri viacstupňových operáciách

Ak celkové požadované zníženie presahuje možnosti jediného tiahnutia, budete potrebovať viacero stupňov. Výpočtový postup nasleduje systémový prístup, ktorý The Fabricator označuje za nevyhnutný pre vyhnutie sa trhlinám, vrúbeniu a povrchovým chybám.

Tu je, ako určiť vaše percento redukcie:

Redukcia % = (1 - Dc/Dd) × 100

Pričom Dc sa rovná priemeru pohára a Dd priemeru základne.

Predstavte si, že vyrábate pohár s priemerom 4 palce zo základne s priemerom 10,58 palca. Váš výpočet ukazuje približne 62 % celkovej redukcie. Keďže limit prvotnej tvárne je zvyčajne maximálne 50 % pre väčšinu materiálov, budete potrebovať viacero etáp.

Zvážte tento praktický príklad z Macrodyne Press :

1. Prvá tvárňa - Použite 50 % redukciu (LDR 2,0), čím znížite základňu s priemerom 10,58 palca na medzihodnotu s priemerom 5,29 palca
2. Druhá tvárňa - Použite až 30 % redukciu (LDR 1,5), čím dosiahnete priemer 3,70 palca
3. Tretia tvárňa - Ak je potrebné, použite 20 % zníženie (LDR 1,25) pre konečné rozmery

Keďže cieľový priemer 4 palce spadá medzi schopnosť druhého ťahu a veľkosť polotovaru, dva stupne úplne úspešne dokončia súčiastku.

Ako hrúbka materiálu ovplyvňuje tieto pomery

Hrubšie materiály vo všeobecnosti umožňujú trochu vyššie ťažné pomery, pretože účinnejšie odolávajú vrúteniu. Vyžadujú však väčšiu silu držiaka polotovaru a odolnejšie nástroje. Tenké plechy z oceľovej hlbinného ťahu môžu dosiahnuť hodnoty LDR len na dolnom okraji publikovaného rozsahu.

Kľúčový princíp, ktorý treba pamätať: všetok povrchový obsah potrebný pre konečný diel musí byť k dispozícii už po prvom ťahu. Ako zdôrazňuje The Fabricator, po prvej ťažnej stanici zostáva povrchový obsah konštantný. Pretrvávate existujúci materiál, nie vytvárate nový materiál prostredníctvom následných operácií.

S týmito stanovenými limitmi ťažných pomerov budete potrebovať ďalšie presné výpočty veľkosti polotovaru, aby ste zabezpečili dostatok materiálu pre cieľovú geometriu.

Metódy a vzorce výpočtu veľkosti polotovaru

Poznáte svoje limity taženia. Rozumiete percentuálnemu zmenšeniu. Ale ako určíte presný priemer polotovaru potrebný na výrobu požadovaného pohára alebo skrinky? Ak je polotovar príliš malý, nedostane sa vám materiálu. Ak je príliš veľký, plýtva sa materiálom a vzniká nadbytočná flangová časť, ktorá komplikuje orezávanie. Proces hlbokého ťahania vyžaduje presnosť už od prvého kroku.

Základný princíp riadiaci výpočet veľkosti polotovaru je zachovanie objemu. Ako SMLease Design vysvetľuje, plocha povrchu polotovaru musí byť rovnaká ako plocha povrchu hotového dielu. Počas tvárnenia materiál nezmizne ani nevznikne. Jednoducho sa preusporiadava z plochého kotúča do vašej trojrozmernej geometrie.

Metóda plochy povrchu pre vývoj polotovaru

Pre valcové poháre, ktoré sú najbežnejšími súčiastkami z plechu tvárnenými hĺbkovým kreslením, je matematický prístup elegantný. V podstate porovnávate dve plochy: plochý kruhový polotovar a vytvorený pohár s jeho dnom a bočnou stenou.

Zvažte jednoduchý valcový pohár s polomerom Rf a výškou Hf. Polomer polotovaru Rb možno vypočítať pomocou tejto základnej rovnice:

Rb = √[Rf × (Rf + 2Hf)]

Tento vzorec priamo vyplýva zo zrovnania plochy polotovaru (πRb²) s plochou pohára (πRf² + 2πRfHf). Keď vyriešite hodnotu Rb, dostanete vyššie uvedený vzťah.

Prejdime si praktický príklad. Predstavme si, že potrebujete vyrobiť pohár s priemerom 50 mm a hĺbkou 60 mm. Postup výpočtu pri kreslení lisovaním:

• Polomer pohára (Rf) = 25 mm
• Výška pohára (Hf) = 60 mm
• Polomer polotovaru = √[25 × (25 + 120)] = √[25 × 145] = √3625 = 60,2 mm
• Priemer polotovaru = 60,2 × 2 = 120,4 mm

Tento výpočet poskytuje teoretickú minimálnu veľkosť polotovaru. V praxi budete potrebovať dodatočný materiál na osekanie a kompenzáciu tenšia efektov.

Zohľadnenie prídavku na osekávanie a ztenčovanie materiálu

Požiadavky reálnych výrobných procesov hlbokého tiahnutia prekračujú teoretické minimum. Potrebujete navrhnutý odpad na čisté osekávanie, ako aj kompenzáciu zmien hrúbky steny počas tvárnenia.

Postupujte podľa týchto postupných krokov pri určovaní rozmerov polotovaru pripraveného na výrobu:

1. Vypočítajte plochu povrchu hotového dielu - Použite geometrické vzorce pre váš konkrétny tvar. Pre valce: πd²/4 + πdh. Pre zložité geometrie poskytujú softvéry CAD presné merania plochy povrchu.
2. Pridajte prídavok na osekávanie - Odvetvová prax odporúča pripočítať dvojnásobok hrúbky materiálu k výške pohára pred výpočtom. Pri tvárnení materiálu s hrúbkou 0,010 palca do pohára vysokého 4 palce sa výpočtová výška rovná 4,020 palca.
3. Zohľadniť tenšie materiály - Tenšie steny o 10-15 % sa typicky vyskytujú na bočných stenách pohára. Niektorí odborníci pripočítavajú 3-5 % k vypočítanej ploche polotovaru ako kompenzačný faktor tenšieho materiálu.
4. Určiť konečný priemer polotovaru - Použite vzorec pre výpočet plochy povrchu s upravenými rozmermi a potom zaokrúhlte nahor na praktickú veľkosť na rezanie.

Podľa Výrobca , pričom pripočítanie dvojnásobku hrúbky materiálu ako dodatočný materiál na orezávanie predstavuje dobrý postup zabezpečenia čistých konečných rozmerov po tvární.

Keď zjednodušené vzorce nestačia

Uvedené rovnice fungujú výborne pre jednoduché valcové poháre. Ale čo poháre s rôznymi priemermi, s prírubami alebo s nepravidelnými prierezmi? Zložité geometrie vyžadujú iné prístupy.

Malý prejsť k výpočtom plochy povrchu založeným na CAD, keď:

• Vaša súčasť obsahuje viaceré zmeny priemeru alebo kuželovité úseky
• Polomery rohov výrazne ovplyvňujú plochu povrchu (jednoduchý vzorec ignoruje polomer hrotu piestika)
• Neosovo súmerné tvary vyžadujú vytvorené tvarové vzory namiesto kruhových заготовiek
• Úzke tolerancie vyžadujú presnosť vyššiu než odhad podľa pravidla palca

Pre obdĺžnikové alebo nepravidelné tažené diely nemusí mať заготовka tvar kruhu. Tieto vytvorené заготовky vyžadujú CAD analýzu alebo simuláciu metódou konečných prvkov na určenie optimálnej východzej geometrie. Anizotropia materiálu spôsobená smerom valcovania tiež ovplyvňuje optimalizáciu tvaru заготовky pre nekruhové diely.

Po výpočte veľkosti заготовky a výbere materiálu je ďalším kritickým konštrukčným parametrom určenie polomerov piestika a matrice, ktoré riadia, ako hladko sa kov tvaruje počas procesu tvárnenia.

Špecifikácie polomerov piestika a matrice pre optimálny tok materiálu

Vypočítali ste si veľkosť svojho polotovaru a poznáte svoje tažné pomery. Teraz prichádza parameter, ktorý môže úspešne ovplyvniť alebo zlyhať vašu hlbokú tvárniacu operáciu z kovu: polomer nástroja. Polomer nosa razníka a vstupný polomer diery určujú, ako agresívne sa kov ohýba pri prechode z príruby na bočnú stenu. Ak tieto špecifikácie nastavíte nesprávne, budete čeliť buď trhlinám spôsobeným nadmernou koncentráciou napätia, alebo vráskam kvôli nedostatočnej kontrole materiálu.

Tu je základný princíp: kov, ktorý preteká cez ostré rohy, zažíva lokálnu deformáciu, ktorá presahuje medzu tažnosti. Naopak, príliš veľké polomery neprevedú materiál správnym smerom a umožňujú kompresné vybočenie. Vašou úlohou je nájsť optimálny kompromis pre každú kombináciu materiálu a hrúbky.

Odporúčania pre polomer nosa razníka pre rôzne materiály

Polomer rohu razníka určuje rozloženie napätia v najzraniteľnejšom mieste vašej vytvarovanej súčiastky. Podľa Analýzy DFM na Wikipédii pre hlboké taženie , roh výstrežku by mal byť 4 až 10-násobkom hrúbky plechu. Najväčšie znižovanie hrúbky sa vyskytuje v blízkosti rohu výstrežku, pretože tok kovu v tomto regióne výrazne klesá. Príliš ostrý roh spôsobuje trhliny v blízkosti základne výstrežku.

Prečo je táto poloha taká dôležitá? Počas ťahania sa materiál natiahne cez nos výstrežku a súčasne sa okraje stlačia obvodovo. Tento biaxiálny stav napätia sa koncentruje v prechodovej zóne polomeru. Nedostatočný polomer vytvára miesto koncentrácie napätia, ktoré spôsobí trhliny ešte pred dokončením ťahania.

Zvážte, čo sa deje pri rôznych hodnotách polomeru:

• Príliš malý (pod 4t) - Silná lokalizácia deformácie spôsobuje trhliny na nose výstrežku, najmä u materiálov s tvrdnutím pri tvárnení, ako je nehrdzavejúca oceľ
• Optimálny rozsah (4–10t) - Napätie sa rozdeľuje do širšej zóny, čo umožňuje kontrolované ztenčovanie bez porušenia
• Príliš veľký (nad 10t) - Nedostatočné obmedzenie umožňuje vyklenutie alebo vráskanie dna a tvar bočných stien sa zhoršuje

Pri hlbokom tvárnení kovov s vysokopevnostnými materiálmi sa odporúča zvoliť väčšiu hodnotu z tohto rozsahu. Mäkšie materiály, ako je hliník a meď, vyhovujúce lepšie tolerujú polomery bližšie k 4t.

Špecifikácie vstupného polomeru matrice a ich vplyv

Polomer rohu matrice určuje, ako sa kov prechádza z horizontálnej príruby do vertikálnej dutiny matrice. Práve tu sa tlakové napätie v prírube mení na ťažné napätie vo stene. Ako uvádza Odkaz na hlboké tvárnenie vo Wikipédii polomer rohu matrice by mal byť zvyčajne 5–10-násobok hrúbky plechu. Ak je tento polomer príliš malý, zvyšuje sa tendencia k vráskaniu v oblasti príruby a v dôsledku prudkých zmen smeru toku kovu môžu vznikať trhliny.

Polomer matrice predstavuje inú výzvu než polomer piestika. V tomto prípade sa kov ohýba okolo vonkajšieho rohu, pričom je stlačovaný tlakom držiaka polotovaru. Nedostatočný polomer spôsobuje:

• Excesívne trenie a tvorbu tepla
• Poškriabanie povrchu a zasekanie
• Lokálne trhliny v prechodovej oblasti polomeru
• Zvýšené požiadavky na tažnú silu

Príliš veľký polomer die však znižuje účinnú plochu kontaktu držiaka lišty a umožňuje predčasné uvoľnenie materiálu zo zóny flangy, čím podporuje vráskanie.

Špecifikácie polomeru podľa hrúbky materiálu

Nasledujúca tabuľka obsahuje konkrétne odporúčania pre hlboké tvárnenie pri bežných rozsahoch hrúbok materiálu:

Rozsah hrúbky materiálu	Odporúčaný polomer piestika	Odporúčaný polomer matrice	Poznámky k nastaveniu
0,010" - 0,030" (0,25-0,76 mm)	6–10 × hrúbka	8–10 × hrúbka	Tenké plechy vyžadujú väčšie násobky polomerov, aby sa predišlo trhaniu
0,030" - 0,060" (0,76-1,52 mm)	5–8 × hrúbka	6–10 × hrúbka	Štandardný rozsah pre väčšinu aplikácií
0,060" - 0,125" (1,52-3,18 mm)	4–6 × hrúbka	5–8 × hrúbka	Hrubšie materiály vydržia menšie násobky
0,125" - 0,250" (3,18-6,35 mm)	4–5 × hrúbka	5–6 × hrúbka	Silný profil; u hlbokých dielov zvážte viacnásobné taženie

Na tieto špecifikácie má vplyv aj druh materiálu. Nerezová oceľ zvyčajne vyžaduje polomery na hornej hranici jednotlivých rozsahov kvôli svojmu spružňujúcemu správaniu pri tvárnení. Mäkké hliník a meď môžu používať hodnoty bližšie k dolnej hranici.

Vzťah medzi vymedzením nástroja a hrúbkou materiálu

Okrem polomerov je medzera medzi piestom a matricou rozhodujúca pre tok materiálu. Podľa smerníc DFM na Wikipédii by mala byť medzera väčšia ako hrúbka kovu, aby sa zabránilo koncentrácii kovu v hornej časti dutiny matrice. Zároveň by však nemala byť taká veľká, aby sa tok kovu nestal neobmedzeným a nevznikali záhyby steny.

Praktické odporúčanie pre medzeru pri tažení:

Medzera = Hrúbka materiálu + (10 % až 20 % hrúbky materiálu)

Pre materiál s hrúbkou 0,040" bude medzera v rozsahu od 0,044" do 0,048". Tým sa zabezpečí dostatok priestoru pre prirodzene hrubnúcu bočnú stenu a zároveň dostatočné obmedzenie, ktoré bráni vybočeniu.

Niektoré operácie zámerné znižujú hrúbku materiálu, aby „vyžehlili“ bočnú stenu, čím sa dosiahne rovnomernejšia hrúbka a lepší povrchový úprava. Ako vysvetľuje Hudson Technologies, nástroje môžu byť navrhnuté tak, aby zámerné ztenčili alebo vyžehlili bočné steny viac než je prirodzená tendencia materiálu, čo pridáva rozmerovú stabilitu a vytvára estetickejší tvar.

Zohľadnenie polomeru rohov pre netrubicové diely

Obdĺžnikové a štvorcové hlboko tiahnuté diely prinášajú dodatočnú zložitosť. Vnútorné polomery rohov sa stávajú najdôležitejším konštrukčným parametrom. Podľa Hudson Technologies , všeobecné pravidlo je: hrúbka materiálu krát dva sa rovná najmenšiemu dosiahnuteľnému polomeru rohu. Väčšie polomery rohov sú žiadúce a môžu znížiť požadovaný počet tahov.

Výnimky možno urobiť pomocou dodatočných tiahacích operácií na ďalšie zmenšenie polomerov rohov, no treba byť opatrný. Pri prekračovaní limitov polomeru rohu môže dôjsť k väčšiemu ztenčeniu materiálu a ohnutiu susediacich bočných stien.

Pre nekruhové diely zvážte tieto smernice:

• Minimálny polomer vnútorného rohu = 2 × hrúbka materiálu (absolútny minimum)
• Preferovaný polomer vnútorného rohu = 3-4 × hrúbka materiálu (zníženie počtu ťahov)
• Polomer spodného rohu = Dodržať odporúčania pre polomer puncového nástroja (4-10 × hrúbka)

Úprava polomerov pre následné ťahové operácie

Ak je potrebné viacnásobné tiahnutie pre výrobu súčiastky, špecifikácie polomerov sa menia medzi jednotlivými operáciami. Nástroje pre prvý ťah zvyčajne používajú širšie polomery, aby sa minimalizovalo zpevnenie materiálu a zabezpečil úspešný tok materiálu. Pri následných ťahoch je možné postupne použiť užšie polomery, keď sa súčiastka približuje k finálnym rozmerom.

Bežný postup:

• Prvá tvárňa - Polomer vložky 8-10 × hrúbka materiálu; polomer puncového nástroja 6-8 × hrúbka materiálu
• Druhá tvárňa - Polomer die na 6-8 × hrúbka; polomer punc na 5-6 × hrúbka
• Posledná ťahanie - Polomer die na 5-6 × hrúbka; polomer punc na 4-5 × hrúbka

Ak dochádza k žíhaniu medzi jednotlivými ťahaniami, môžete prejsť späť k agresívnejším polomerom, keďže odstránené bolo zpevnenie v dôsledku tvárnenia. Bez medzihodného žíhania každé nasledujúce ťahanie pracuje s čoraz viac zpevneným materiálom, čo vyžaduje konzervatívnejšie polomery, aby sa predišlo praskaniu.

Keď máte stanovené polomery nástrojov a medzery, ďalšou otázkou je naplánovať, koľko stupňov ťahania váš diel skutočne potrebuje a ako budú postupne rozdelené percentuálne zníženia pri týchto operáciách.

Plánovanie viacstupňových ťahacích operácií a poradia redukcií

Určili ste svoje tažné pomery, vypočítali veľkosti polotovarov a stanovili polomery nástrojov. Teraz prichádza otázka, ktorá oddeľuje úspešné projekty hlbokého taženia od nákladných zlyhaní: koľko tažných etáp skutočne potrebuje váš diel? Ak podceníte, materiál sa trhne. Ak preceňujete, plýtvate investíciou do nástrojov a časom cyklu.

Odpoveď spočíva v systematickom plánovaní redukcie. Ako Knižnica výrobnej techniky vysvetľuje, ak percentuálna redukcia presahuje 50 %, musíte počítať s opakovanými tažnými operáciami. Ale to je len východiskový bod. Vlastnosti materiálu, geometria dielu a požiadavky výroby ovplyvňujú všetky vaše rozhodnutia týkajúce sa etápií.

Výpočet požadovaných tažných etáp

Pomer hĺbky ku priemeru poskytuje prvý ukazovateľ zložitosti etápií. Mälké diely s pomerom pod 0,5 sa zvyčajne tvária jedným ťahom. Ale čo sa deje, keď vyrábate hlboké valcové plášte, batériové puzdrá alebo tlakové nádoby s pomerom hĺbky ku priemeru vyšším ako 2,0?

Postupujte podľa tohto systémového prístupu na určenie požiadaviek na stupňovanie:

1. Určite celkové potrebné zmenšenie - Vypočítajte percentuálne zmenšenie z priemeru základne na konečný priemer súčiastky pomocou vzorca: Zmenšenie % = (1 - Dp/Db) × 100. Napríklad základňa s priemerom 10 palcov tvoriaca pohár s priemerom 4 palce vyžaduje celkové zmenšenie o 60 %.
2. Použite limit zmenšenia špecifický pre materiál na každej etape - Pozrite si limit prvého ťahu pre váš materiál (zvyčajne 45–50 % pre oceľ, 40–45 % pre nehrdzavejúcu oceľ). Ďalšie ťahy umožňujú postupne menšie zmenšenia: 25–30 % pre druhý ťah, 15–20 % pre tretí ťah.
3. Plánujte medzistupňové žíhanie, ak je to potrebné - Keď kumulatívne zmenšenie presiahne prahovú hodnotu zmäkčenia materiálu (30–45 % v závislosti od zliatiny), naplánujte žíhanie na uvoľnenie napätia medzi jednotlivými etapami, aby ste obnovili tažnosť.
4. Navrhnite postupné stanice na strihacie nástroje - Každú etapu zmenšovania namapujte na konkrétnu stanicu nástroja, pričom zohľadnite manipuláciu s materiálom, požiadavky na mazanie a body kontroly kvality.

Zvažte praktický príklad hĺbkového tvárnenia: potrebujete pohár s priemerom 3 palce a hĺbkou 6 palcov z nízkouhlíkovej ocele hrubej 0,040 palca. Pomer hĺbky ku priemeru je 2,0, čo výrazne presahuje možnosti jedného pretvárňania. Ak budete postupovať spätne od konečných rozmerov, môžete naplánovať tri etapy s redukciami 48 %, 28 % a 18 %.

Plánovanie redukcií cez postupné operácie

Keď raz určíte počet etáp, správne poradenie redukcií sa stáva kritickým. Prvé pretvarovanie vykoná najväčšiu prácu, zatiaľ čo nasledujúce etapy upravia geometriu a dosiahnu konečné rozmery.

Tu je to, čo úspešné výrobné operácie hĺbkového tvárnenia berú do úvahy pre každú etapu:

• Prvá tvárňa - Vytvorí celý povrch potrebný pre hotový diel. Tu dochádza k maximálnej redukcii (zvyčajne 45–50 %). Nástrojové polomery sú najštedrejšie, aby sa minimalizovalo tvrdnutie materiálu.
• Druhé pretvarovanie (redraw) - Znižuje priemer o 25–30 % a zároveň zvyšuje hĺbku. Materiál sa ztvrdol prácou počas prvej operácie, takže sily stúpajú napriek menším percentám redukcie.
• Tretie a následné vyťahovanie - Ďalšie redukcie priemeru o 15–20 % na etapu. Vyhodnoťte, či je potrebné žíhanie na základe kumulatívneho deformácie.

Podľa Knižnica výrobnej techniky , pri návrhu medzitvarov by ste mali nastaviť plochy výstrežku, medzivýrobkov a konečného tvaru rovnaké. Tento princíp konštantnosti objemu zabezpečuje rozdeľovanie už existujúceho materiálu namiesto pokusu o vytvorenie novej plochy.

Keď prichádza do úvahy kalibrovanie

Niekedy požiadavky vašej výroby hlbokého vyťahovania vyžadujú hrúbku steny tenšiu, ako ju produkuje štandardné vyťahovanie. Tu prichádza do úvahy kalibrovanie. Počas štandardného hlbokého vyťahovania sa bočné steny prirodzene mierne zhrubujú, keď sa materiál stláča dovnútra. Kalibrovanie tento jav obracia tým, že úmyselne zníži medzeru medzi piestom a matricou, čím ztenší steny.

Zvoľte kalibrovanie, keď:

• Rovnomernosť hrúbky steny je kritická pre vašu aplikáciu
• Potrebujete tenšie steny ako je hrúbka pôvodného polotovaru
• Požiadavky na povrchovú úpravu vyžadujú efekt vyhladzovania, ktorý poskytuje ironovanie
• Dodržiavanie rozmerovej konzistencie počas výrobných šarží je najvyššou prioritou

Ironovanie sa zvyčajne uskutočňuje v poslednom ťažnom stupni alebo ako samostatná operácia po ťahaní. Tento proces pridáva rozmerovú stabilitu a vytvára estetickejší povrch, avšak vyžaduje dodatočné investície do nástrojov a starostlivé výpočty síl.

Postupné nástroje oproti prenosovým nástrojom

Váš plán fáz musí byť v súlade s konfiguráciou lise. Pre viacstupňové hlboké ťahanie existujú dve hlavné možnosti: postupné a prenosové nástroje. Každá ponúka výrazné výhody v závislosti od geometrie dielu a objemu výroby.

Podľa Die-Matic postupné strihanie v dies používa nepretržitý pás kovu, ktorý sa posúva cez viacero staníc, kde operácie prebiehajú súčasne. Tento prístup je vynikajúci pre vysokozdružnú výrobu jednoduchších geometrií. Pás automaticky udržiava polohu dielov a tým zníži zložitosť manipulácie.

Na rozdiel od toho transferové strihanie v dies presúva jednotlivé polotovary medzi stanicami pomocou mechanických alebo hydraulických transferových systémov. Ako vysvetľuje Die-Matic, táto metóda je najvhodnejšia pre komplexné diely vyžadujúce viaceré tvárniace operácie alebo hlboké ťahanie. Zastavovačný charakter umožňuje presnú kontrolu toku materiálu na každej stanici.

Konfigurácia	Najlepšie pre	Obmedzenia	Typické aplikácie
Postupná matrica	Vysoká výrobná séria, jednoduché geometrie, tenké materiály	Obmedzená hĺbka ťahania, obmedzenia šírky pásu	Elektronické komponenty, malé skrine, plytké nádoby
Prekladací nástroj	Komplexné diely, hlboké ťahanie, úzke tolerancie	Pomalšie pracovné cykly, vyššia zložitosť nástrojov	Automobilové panely, tlakové nádoby, hlboké valcové plášte

Pri hlbokom ťahu s pomerom hĺbky ku priemeru vyšším ako 1,0 zvyčajne poskytujú lepšie výsledky prenosové výstrehy. Schopnosť presne prepolohovať polotovary na každej stanici umožňuje kontrolovaný tok materiálu, ktorý je nevyhnutný pri viacstupňových operáciách. Postupné výstrehy fungujú dobre, keď prvý ťah dosiahne väčšinu požadovanej hĺbky a nasledujúce stanice vykonávajú orezávanie, prebíjanie alebo malé tvárniace operácie.

Keď je stanovený váš rozdeľovací plán a konfigurácia výstrehu, ďalším kritickým faktorom je výpočet síl držiaka polotovaru, ktoré zabraňujú vzniku vrás, ale zároveň sa vyhýbajú nadmernému treniu, ktoré spôsobuje trhliny.

Požiadavky na silu držiaka polotovaru a reguláciu tlaku

Naplánovali ste si fázy ťahania a vybrali konfiguráciu nástroja. Teraz prichádza parameter, ktorý vyžaduje presnú kalibráciu: sila držiaka plochy. Ak použijete príliš malý tlak, kompresné napätia spôsobia vrásky na prírubách. Ak použijete príliš veľký tlak, trenie zabráni toku materiálu a môže dôjsť k trhlinám v oblasti nosača. Nájdenie rovnováhy si vyžaduje pochopenie fyzikálnych zákonitostí i premenných, ktoré môžete ovplyvniť.

Držiak plochy má jednu hlavnú funkciu: upevniť oblasť príruby tak, aby umožnil kontrolovaný tok materiálu do dutiny matrice. Podľa Nákladového modelu hlbokého taženia od FACTON predstavuje plocha držiaka materiál, ktorý musí byť počas hlbokého taženia upevnený, aby sa predišlo vzniku vrások. Tlak pôsobiaci na túto plochu, spolu s trením, vytvára odpor, ktorý riadi, ako sa kov dodáva do procesu tvárnenia.

Vzorce a premenné tlaku držiaka plochy

Výpočet vhodnej sily držiaka polotovaru nie je odhadom. Vzťah medzi tlakom, vlastnosťami materiálu a geometriou sa riadi uznávanými princípmi. Tu je základný prístup:

Silu držiaka polotovaru = Plocha držiaka polotovaru × Tlak držiaka polotovaru

Znie jednoducho? Zložitosť spočíva v určení správnej hodnoty tlaku. Na požadovaný tlak držiaka polotovaru vplýva viacero faktorov:

• Sila materiálu - Materiály s vyššou pevnosťou v ťahu vyžadujú väčšiu držiacu silu na kontrolu toku materiálu. Ako uvádza FACTON, pevnosť v ťahu priamo vstupuje do výpočtu tlaku držiaka polotovaru.
• Priemer polotovaru - Väčšie polotovary vytvárajú väčšie tlakové sily v oblasti flangy, čo si vyžaduje pomerne vyšší odpor.
• Hĺbka ťahu - Hlbšie taženie si vyžaduje udržanie tlaku počas dlhšieho zdvihu, čo ovplyvňuje nielen veľkosť sily, ale aj návrh systému.
• Koeficient trenia - Kvalita maziva priamo ovplyvňuje, koľko sily sa premení na účinné držanie materiálu oproti tvorbe tepla.
• Pomer taženia - Vyššie pomer zvyšujú tlakové napätie vo flangy, čo vyžaduje zvýšený tlak upínania.

Bežný východiskový vzorec pre tlak držiaka polotovaru sa pohybuje od 0,5 do 1,5 MPa pri jemnej ocele, s úpravami v závislosti od konkrétneho materiálu a geometrie. Nerezová oceľ bežne vyžaduje tlaky na vyššej hranici kvôli svojim vlastnostiam zpevňovania za studena. Hliníkové a meďové zliatiny často dobre pracujú pri nižších tlakoch.

Výpočet plochy držiaka polotovaru závisí od veľkosti polotovaru a geometrie matrice. V podstate sa počíta medzikružie medzi otvorom matrice a okrajom polotovaru. Keď sa tvarovanie posúva, táto plocha sa zmenšuje, čo vysvetľuje, prečo systémy s premenným tlakom ponúkajú výhody pri hlbokom tvarovaní.

Vyváženie prevencie vrások a rizika trhlin

Podľa výskumu uverejneného v CIRP Annals , prevládajúcimi režimami porúch pri hĺbkovom vytiahnutí sú vráskanie a lom, a v mnohých prípadoch je možné tieto chyby odstrániť vhodnou kontrolou sily držania polotovaru. Tento záver zdôrazňuje, prečo kalibrácia sily držania predstavuje taký dôležitý konštrukčný parameter.

Tu je fyzika, ktorá je v hre: počas tvárnenia plechu pri hĺbkovom vytiahnutí vznikajú obvodové tlakové napätia vo flangi, keď materiál prúdi radiálne dovnútra. Bez dostatočného obmedzenia tieto napätia spôsobia vybočenie flangy smerom nahor, čím vzniknú vrásky. Prílišné obmedzenie však bráni materiálu v toku vôbec a ťažné napätia v blízkosti piestika presiahnu pevnosť materiálu, čo spôsobuje trhliny.

Výskum upozorňuje, že vráskanie steny je obzvlášť náročné, pretože plech v tejto oblasti nie je podložený nástrojom. Potlačenie vrások na stene prostredníctvom riadenia sily držiaka polotovaru je zložitejšie ako prevencia vrások na prírubách. To znamená, že vaše nastavenie tlaku musí brať do úvahy miesta, kde je najpravdepodobnejšie vzniknutie chýb.

Ako zistíte, že tlak držiaka polotovaru je nesprávny? Sledujte tieto diagnostické ukazovatele:

• Vzory vrások - Obvodové priehyby v oblasti príruby naznačujú nedostatočný tlak; vrásky na stene poukazujú na zložitejšie problémy s kontrolou toku materiálu
• Odtrhávanie okrajov - Trhliny vznikajúce z okraja polotovaru signalizujú nadmerné trenie spôsobené príliš vysokým tlakom
• Nerovnomerná hrúbka steny - Nesymetrické vzory tenšieho materiálu odhaľujú nerovnomerné rozdelenie tlaku po povrchu držiaka polotovaru
• Poškriabanie povrchu - Škrabance na prírube indikujú nadmerný tlak kombinovaný s nedostatočným mazaním
• Pretŕhnutie nosa puncu - Zlomeniny v blízkosti spodnej časti pohára naznačujú, že materiál nemôže voľne prúdiť dostatočne na to, aby uvoľnil ťažný tlak

Ak vidíte vrásky, môže vás napadnúť výrazne zvýšiť tlak. Odolajte tomuto puzeniu. Postupné úpravy o 10-15 % vám umožnia priblížiť sa k optimálnemu tlaku bez prekročenia hranice, ktorá spôsobuje trhliny.

Systémy s premenným tlakom podložky držiaka polotovaru

Pri komplexných kovových dieloch s hlbokým tvarovaním sa často ukazuje, že konštantný tlak po celom zdvihu nie je dostačujúci. Ako vysvetľuje The Fabricator, systémy elektronického nastavovania medzier ponúkajú najväčšiu flexibilitu pri riadení toku polotovaru a kovu pri operáciách hlbokého tvarovania. Tieto systémy umožňujú upraviť tlak držiaka polotovaru kdekoľvek po obvode tvarovaného dielu a v akomkoľvek bode zdvihu lisu.

Prečo je dôležitý premenný tlak? Zvážte, čo sa deje počas tvarovania:

• Na začiatku zdvihu vyžaduje celá plocha polotovaru upevnenie proti vzniku vrások
• Keď materiál prúdi do matrice, plocha flangy sa postupne zmenšuje
• Udržiavanie konštantnej sily na sa zmenšujúcej ploche znamená, že efektívny tlak stúpa
• Tento rastúci tlak môže zabrániť materiálu voľne prúdiť počas kritickej záverečnej fázy ťahania

Systémy s premenným tlakom tento jav riešia znížením sily postupom ťahania, čím udržiavajú optimálny tlak namiesto opticálnej sily. Podľa The Fabricator tieto systémy dokážu kompenzovať aj zmeny v hrúbke kovu, ktoré nastávajú počas procesu ťahania, a eliminujú potrebu bežiaceho miesta na držiaku polotovaru.

Požiadavky na vankúše matríce a alternatívy dusíkových pružín

Sila vašeho držiaka polotovaru musí pochádzať z nejakej strany. Existujú tri hlavné možnosti, každá so špecifickými vlastnosťami pre aplikácie hlbokého ťahania kovových dielcov

Vankúše lisu predstavujú tradičný prístup. Ako uvádza The Fabricator, hydraulické podušky môžu vyvinúť obrovské sily držiaka plochy potrebné pri vytiahnutí dielov, ako sú automobilové kapoty a vonkajšie dvere. Tieto systémy dodávajú silu prostredníctvom vzduchových kolíkov alebo podušiek, ktoré rovnomerne prenášajú tlak po celom povrchu držiaka plochy.

Avšak podušky lisu si vyžadujú dôslednú údržbu. The Fabricator varuje, že ak sú vzduchové kolíky poškodené, ohnuté alebo nerovné, môže dôjsť k ohybu viazacieho úchytu, čo spôsobí zlý kontakt medzi plochou matrice a držiakom plochy, čo môže mať za následok stratu kontroly nad kovom. Rovnako poškriabané alebo znečistené povrchy podušky kompromitujú rovnomernosť tlaku bez ohľadu na presnosť kolíkov.

Dušikové pružiny ponúkajú samostatnú alternatívu, ktorá sa montuje priamo do matrice. Tieto valce naplnené plynom poskytujú konštantnú silu počas celého zdvihu a nevyžadujú žiadny vonkajší zdroj tlaku. Pre tvárnenie kovov, činenie a podobné presné operácie dusíkové pružiny zabezpečujú opakovateľnosť, ktorú vzduchové systémy niekedy nedokážu dosiahnuť.

Výhody dusíkových pružín zahŕňajú:

• Kompaktná inštalácia vo vnútri štruktúry matrice
• Konštantný výstup sily nezávislý od stavu tlmivého systému lisu
• Jednoduchá výmena a údržba
• Predvídateľný výkon počas výrobných sérií

A kompromis? Dusíkové pružiny ponúkajú pevné charakteristiky sily. Počas zdvihu nemôžete meniť tlak bez zmeny špecifikácie pružiny. Pre diely vyžadujúce premenné profily držiaka plochy je väčšia flexibilita dosiahnuteľná pomocou tlmivých systémov lisu s programovateľným riadením.

Zdvihacie valce na sklade predstavujú ďalšiu možnosť, najmä pre aplikácie postupných nástrojov. Podľa časopisu The Fabricator tieto plynové pružiny pripravené na inštaláciu dokážu absorbovať väčší bočný tlak a vyššie zaťaženie než bežné valce. Sú vybavené predvŕtanými otvormi pre montáž vodiacich lišt, čím sa zjednoduší výroba nástroja.

Pri výbere systému tlaku prispôsobte jeho zložitosť požiadavkám. Neinvestujte do drahých elektronických systémov nastavovania medzier, ak postačia jednoduché dusíkové pružiny. Naopak, nepredpokladajte, že úspešne pretiahnete komplexné geometrie základnými uretánovými systémami tlaku, ktoré nemajú dostatočnú silovú kapacitu a presnosť riadenia potrebnú pre náročné aplikácie.

Ak je sila držiaka polotovaru správne kalibrovaná, môžete vyrábať stále rovnaké diely. Čo sa však stane, ak sa objavia chyby? V nasledujúcej časti nájdete systematické prístupy k odstraňovaniu problémov pri diagnostike a oprave vrások, trhlín a problémov s povrchovou kvalitou, ktoré predstavujú výzvu aj pre dobre navrhnuté nástroje.

Odstraňovanie porúch pri hlbokom ťahaniu a analýza koreňových príčin

Už ste nastavili silu držiaka polotovaru, určili polomery nástrojov a naplánovali postupnosť redukcie. Napriek tomu sa na vašich súčiastkach stále objavujú poruchy. Čo robíte zle? Odpoveď sa nachádza v systematickej diagnostike. Každá vráska, trhlina a povrchová chyba vypráva príbeh o vašom procese. Naučiť sa čítať tieto vzory porúch znamená premeniť frustrujúci odpad na využiteľné poznatky pre zlepšenie návrhu nástrojov.

Poruchy pri hlbokom ťahaní padajú do predvídateľných kategórií, pričom každá má charakteristické vizuálne znaky a koreňové príčiny. Podľa Metal Stamping O väčšina problémov pri hlbokom ťahaní vyplýva zo kombinácie problémov s nástrojmi a návrhom. Prehliadnutím hotového výrobku môže zručný pozorovateľ jasne identifikovať kvalitu procesu. Vašou úlohou je vyvinúť si tento trénovaný pohľad.

Diagnostika porúch vo forme vrásk a trhlín

Zvrásnenie a trhliny predstavujú opačné konce spektra toku materiálu. Vráska označuje nekontrolovaný tlak. Trhliny signalizujú nadmerné napätie. Pochopenie, kde sa každá chyba objavuje na vašej súčiastke, priamo poukazuje na príčinný parameter návrhu dies.

Diagnóza zvrásnenia: Kde vznikajú vráska na vašej súčiastke? Zvrásnenie flangy sa objavujúce na okraji polotovaru zvyčajne indikujú nedostatočný tlak držiaka plechu. Ako vysvetľuje Metal Stamping O, ak je držiak nevyvážený, príliš pevný, alebo ak má polotovar hrbinu na okraji uchytávania, potom kov nebude správne tiecť, čím vzniknú charakteristické vráska po hornom okraji. Zvrásnenie steny vyskytujúce sa v nepodopretej oblasti medzi držiakom plechu a razníkom naznačuje nadmernú medzeru alebo nedostatočný polomer dies.

Riešenia pre chyby spôsobené zvrásnením:

• Postupne zvýšte tlak držiaka plechu (o 10-15 %)
• Skontrolujte rovnobežnosť držiaka plechu a odstráňte akýkoľvek náklon
• Skontrolujte okraje polotovaru na hrbičky, ktoré bránia správnemu usadeniu
• Znížte vůli medzi matricou a zarážkou, aby ste poskytli lepšiu podporu steny
• Overte rovnomerné rozloženie tlaku po celom povrchu držiaka polotovaru
• Zvoľte tažné pruhy na zvýšenie obmedzenia materiálu v problematických oblastiach

Diagnóza trhliny: Umiestnenie trhliny odhaľuje zdroj koncentrácie napätia. Trhliny v blízkosti nosa kalibra naznačujú, že materiál nemôže voľne prúdiť dostatočne na uvoľnenie ťažného napätia. Podľa Analýzy porúch plechu AC , nadmerné sily tvárnenia kovu kalibrami spôsobujú prebytočnú deformáciu, trhliny a praskliny v lisovaných dieloch.

Okrajové trhliny vychádzajúce z periférie polotovaru naznačujú rôzne problémy. Metal Stamping O uvádza, že trhliny na dne sú hlavne spôsobené stavom polotovaru a držiaka polotovaru. Poškriabanie alebo priľnavosť povrchu môže znížiť tok materiálu do matrice, čo má za následok vznik trhlín na dne pohára.

Riešenia pre poruchy trhliny:

• Znížte tlak držiaka polotovaru, aby ste umožnili voľnejší tok materiálu
• Zväčšite polomer nástroja na prebíjanie, aby sa napätie rozložilo na väčšiu plochu
• Zväčšite polomer vstupu do matrice, aby sa znížilo trenie počas prechodu materiálu
• Overte, či nie je medzera medzi prebíjacím nástrojom a maticou príliš malá pre vašu hrúbku materiálu
• Zlepšite mazanie, aby ste znížili ťažné napätie spôsobené trením
• Zvážte žíhanie, ak ztvrdnutie materiálu z predchádzajúcich operácií znížilo jeho tažnosť
• Znížte pretiahnutie pridaním ďalších ťahacích stupňov

Riešenie problémov s tvorbou uší a kvalitou povrchu

Nie všetky chyby znamenajú katastrofálne zlyhanie. Vznik uší spôsobuje nerovnakú výšku hrnca, čo si vyžaduje nadmerné orezávanie. Povrchové chyby poškodzujú vzhľad a môžu ovplyvniť funkčnosť dielu. Obe chyby sa dajú pripísať ovládateľným procesným premenným.

Vysvetlenie vzniku uší: Keď skúmate vyťahaný hrniec a všimnete si, že výška okraja sa po obvode mení, pozorujete práve jav nazývaný tvorba uší. Ako vysvetľuje Breaking AC, chyba tvorby uší označuje nerovnakú výšku okraja vyťahovaného dielu. Hlavným dôvodom je nepozornosť voči kompatibilite materiálu nástroja a materiálu dielu.

Však hlavnú úlohu zohráva anizotrópia materiálu. Plech získaný valcovacími operáciami má smerové vlastnosti. Zrniečka sa predlžujú v smere valcovania, čo vytvára odlišné mechanické vlastnosti pri 0°, 45° a 90° voči tomuto smeru. Počas hĺbkového tvárnenia kovu materiál viac prúdi v niektorých smeroch ako v iných, čím vznikajú charakteristické „uši“ v predvidateľných uhlových pozíciách.

Stratégie na zmierňovanie vzniku uší:

• Vyberte materiály s nízkymi hodnotami rovinnej anizotrópie (r-hodnota blízka 1,0 vo všetkých smeroch)
• Použite navrhnuté tvary polotovarov, ktoré kompenzujú rozdiely v toku materiálu
• Zvýšte prídavok na orezanie, aby ste zohľadnili očakávanú výškovú odchýlku uší
• Zvážte použitie krížovo valcovaných materiálov pre kritické aplikácie
• Upravte tlak podložky blanku, aby ste ovplyvnili rovnomernosť toku

Problémy s povrchovou kvalitou: Poškriabania, zasekanie, textúra oranžovej šupky a stopy po nástroji všetky označujú konkrétne problémy v procese. Zasekanie vzniká pri nedostatočnom mazaní, ktoré umožňuje kontakt kovu s kovom medzi polotovarom a nástrojmi. Textúra oranžovej šupky naznačuje nadmerný rast zŕn spôsobený prehriatím po žíhaní alebo materiálom s nevhodnou štruktúrou zŕn pre vašu hĺbku ťahania.

Riešenia povrchových chýb:

• Zlepšite kvalitu a pokrytie maziva, najmä v oblastiach s vysokým trením
• Leštením povrchov matrice a puncov znížte trenie a zabráňte prichytávaniu materiálu
• Vyberte vhodnú oceľ do nástrojov a povrchové úpravy pre vašu kombináciu materiálov
• Overte, či veľkosť zŕn materiálu je vhodná pre váš stupeň ťahania
• Skontrolujte, či na držiakoch polotovaru a povrchoch matrice nie je nečistota alebo kontaminácia
• Zvážte použitie ochranných fólií pre diely vyžadujúce bezchybný povrchový úprav

Komplexná referenčná tabuľka chýb

Nasledujúca tabuľka zhrnie diagnostiku chýb do prehľadného formátu pre hlboké ťahanie ocele, nehrdznutej ocele a iných bežných materiálov:

Typ chyby	Vizuálne indikátory	Hlavné príčiny	Korigujúce opatrenia
Vrútenie flangy	Obvodové záhyby na okraji polotovaru; vlnitý povrch príruby	Nedostatočný tlak držiaka polotovaru; nesúosnosť držiaka; ostré hrany na okraji polotovaru	Zvýšte tlak držiaka (BHF); skontrolujte rovnobežnosť držiaka; odstráňte ostré hrany z polotovarov; pridajte ťažné lišty
Vrútenie steny	Záhyby na bočnom stene nádoby medzi prírubou a nosom puncu	Príliš veľká výstupná medzera; nedostatočný polomer matrice; tenký materiál	Zmeňte medzeru; zväčšite polomer matrice; zvážte operáciu vyhladzovania
Pretŕhnutie nosa puncu	Trhliny vychádzajúce z polomeru dna nádoby	Príliš malý polomer puncu; prekročený ťažný pomer; nadmerný tlak držiaka (BHF); nedostatočné mazanie	Zväčšte polomer puncu; pridajte ďalšiu ťažnú stupeň; znížte tlak držiaka (BHF); zlepšte mazanie
Odtrhávanie okrajov	Praskliny vznikajúce z periférie polotovaru	Excesívny BHF; ostré hrany na okraji polotovaru; zasekanie na držiaku polotovaru	Znížte BHF; odstráňte ostré hrany z polotovarov; vyčistite držiak polotovaru; zlepšte mazanie
Earing	Nerovnomerná výška okraja pohára; typické vrcholy v intervaloch 45°	Rovinná anizotropia materiálu; nekonzistentný tlak držiaka polotovaru	Vyberte izotropný materiál; použite vyvinuté polotovary; zvýšte rezervu na odkrajovanie
Nerovnomerná hrúbka steny	Lokálne tenké miesta; asymetrické rozloženie hrúbky	Nesúosnosť piestu a matrice; nerovnomerný BHF; kolísanie materiálu	Znovu zarovnať nástroje; overiť rovnomernosť BHF; skontrolovať konzistenciu materiálu
Zadieranie / riasenie	Lineárne škrabance; nanášanie materiálu na nástroje	Nedostatočné mazanie; nekompatibilný materiál nástroja; nadmerný tlak	Vylepšiť mazivo; použiť povrchové povlaky; znížiť kontaktný tlak
Pomerančová kôra	Drsný, texturovaný povrch pripomínajúci povrch citrusov	Nadmerná veľkosť zrna; prehriatie pri žíhaní; prílišné deformácie	Špecifikovať materiál s jemnejšími zrnami; kontrolovať parametre žíhania
Prúdenie späť	Rozmery dielu sa líšia od geometrie matrice; steny vyklenuté von	Pružné odbremenenie po tvárnení; vysokopevnostné materiály	Prehnutie nástroja kompenzujúce spätné ohyby; predĺženie doby držania v dolnej polohe zdvihu

Systematický diagnostický prístup

Keď sa pri vašom hĺbkovom tvarovaní ocele alebo iných materiálov objavia chyby, odolajte pokušeniu vykonať viaceré súčasné úpravy. Namiesto toho postupujte metódne:

1. Presne skontrolujte umiestnenie chyby - Presne zdokumentujte, kde na súčiastke chyba vznikla. Urobte fotografie vzoru poruchy pre budúcu referenciu.
2. Analyzujte vzor poruchy - Je symetrický alebo lokálny? Vyskytuje sa v konzistentných uhlových pozíciách? Objavuje sa v rovnakej polohe zdvihu?
3. Nájdite súvislosť s parametrom návrhu formy - Použite vyššie uvedenú tabuľku chýb na identifikáciu najpravdepodobnejších základných príčin na základe typu a umiestnenia chyby.
4. Vykonajte úpravy s jednou premennou - Zmeňte vždy len jeden parameter naraz, aby ste izolovali jeho účinok. Každú úpravu a jej výsledok zdokumentujte.
5. Overiť stabilitu opravy - Spustite dostatočný počet dielov, aby ste potvrdili, že oprava spoľahlivo funguje vo výrobnom procese, nie len na niekoľkých vzorkách.

Podľa Metal Stamping O , získanie poznatkov o hĺbkovom tvárnení, ako aj pochopenie spôsobu kontroly hotového dielu, je nevyhnutné pre rozhodovací proces. Táto diagnostická schopnosť sa ukazuje ako neoceniteľná pri vývoji nástrojov i pri odstraňovaní problémov počas bežnej výroby.

Majte na pamäti, že niektoré chyby na seba navzájom pôsobia. Zvýšenie sily upínania polotovaru na odstránenie vrások môže proces posunúť smerom k trhaniu. Cieľom je nájsť prevádzkové okno, v ktorom sa vyhnete obom druhom porúch. U náročných geometrií môže byť toto okno úzke, čo vyžaduje presné riadiace systémy a konzistentné vlastnosti materiálu.

Keď sú zavedené základy riešenia problémov, moderný návrh diel sa čoraz viac spolieha na simulačné nástroje na predpovedanie a prevenciu chýb ešte pred obrábkou ocele. V nasledujúcej časti sa skúma, ako analýza CAE overuje vaše návrhové rozhodnutia a urýchľuje cestu k výrobnej pripravenosti nástrojov.

Integrácia simulačných nástrojov CAE pre overenie moderného návrhu diel

Ovládli ste tažné pomery, stanovili ste polomery nástrojov a vybudovali si odborné znalosti v odstraňovaní porúch. Ale predstavte si, že dokážete predpovedať každú chybu ešte pred tým, než odrežete jediný kus nástrojovej ocele. Práve to ponúka simulácia CAE. Moderný návrh tvárnenia plechu sa posunul ďaleko za metódu pokus-omyl. Metóda konečných prvkov teraz virtuálne overuje vaše návrhové rozhodnutia a identifikuje problémy s vráskami, trhlinami a tenším materiálom už vtedy, keď váš nástroj existuje len ako digitálna geometria.

Prečo je to dôležité pre vaše hlboké tažené projekty? Podľa výskumu publikovaného v Medzinárodnom časopise pre inžiniersky výskum a technológiu , zníženie počtu pokusov by priamo ovplyvnilo čas cyklu vývoja. Kratší čas cyklu možno naplánovať pri primeranom využití softvérových nástrojov, ktoré predpovedajú výsledky pokusov bez toho, aby boli skutočne vykonané. Simulácia ponúkaná počas procesu tvárnenia poskytuje dôležité poznatky o úpravách potrebných v návrhu matrice a komponentu.

Integrácia simulácie do overenia návrhu matrice

Analýza metódou konečných prvkov mení váš pracovný postup pri návrhu matríc pre tvárnenie kovov z reaktívneho na prediktívny. Namiesto stavby nástrojov, prevádzania skúšok, objavovania chýb, úprav ocele a opakovania celého procesu, iterujete digitálne, až kým simulácia nepotvrdí úspech. Až potom sa rozhodnete pre výrobu fyzických nástrojov.

Fyzika simulácie návrhu tvárnenia zahŕňa diskretizáciu polotovaru na tisíce prvkov, pričom každý sleduje napätie, deformáciu a posun, keď sa virtuálny razník posúva. Softvér aplikuje mechanické vlastnosti materiálu, koeficienty trenia a okrajové podmienky na výpočet deformácie každého prvku počas celého zdvihu.

Čo môže simulácia predpovedať ešte predtým, ako niečo vyrobíte?

• Vzory toku materiálu - Vizuálne zobraziť presný pohyb kovu z príruby do dutiny matrice a identifikovať oblasti nadmerného stlačenia alebo ťahu
• Rozloženie tenšieho materiálu - Zmapovať zmeny hrúbky po celom výrobku a odhaliť potenciálne zóny porúch ešte predtým, než spôsobia odpad
• Tendencia ku vráskaniu - Detekovať tlakové vydutie v prírubách a nepodopretých stenách, ktoré by si vyžadovali úpravu nástrojov
• Predpoveď pružného odklonenia - Vypočítať pružné odbremenenie po tvárnení, aby bolo možné kompenzáciu integrovať do geometrie matrice
• Optimalizácia sily držiaka polotovaru - Určiť ideálne profily tlaku, ktoré zabraňujú tvorbe vrások aj trhlinám
• Efektívnosť výtlakov - Virtuálne otestovať konfigurácie podper, skôr ako sa rozhodne pre zmeny nástrojov

Výskum potvrdzuje, že tento prístup funguje. Ako uvádza štúdia IJERT, virtuálna validácia dielne pomocou simulačného softvéru by mala riešiť dané problémy už v štádiu návrhu. Počas výroby dielne sa skúšobnými pokusmi a testovaním zabezpečuje validácia, pričom fyzický nástroj sa overuje z hľadiska kvality výrobku.

Porozumenie diagramom medzí tvárnenia

Medzi výstupmi simulácie predstavuje diagram medzí tvárnenia najmocnejší nástroj na predpovedanie chýb. Podľa Simulácia pečiatkovania , hlavným účelom akejkoľvek simulácie tvárnenia je skontrolovať správanie materiálu pred výrobou výstrešného nástroja. Pôvodne bol FLD výsledkom výskumného projektu z roku 1965, ktorého cieľom bolo určiť, čo spúšťa lokalizované zužovanie a trhliny pri tvárnení plechov a či je možné trhliny predpovedať vopred.

Takto funguje analýza FLD: simulácia vypočíta deformáciu v dvoch smeroch (hlavná a vedľajšia os) pre každý prvok vašej tváranej súčiastky. Tieto páry deformácií sa zobrazia ako body na grafe. Krivka medze tvárnenia, ktorá je jedinečná pre váš konkrétny materiál a hrúbku, oddeľuje bezpečnú oblasť od oblastí zlyhania.

Čo vám FLD hovorí o nastavení vašich hlbokotiahacích lisov?

• Body pod krivkou - Bezpečné podmienky tvárnenia s dostatočnou rezervou
• Body blížiace sa ku krivke - Riziková zóna vyžadujúca pozornosť pri návrhu
• Body nad krivkou - Zlyhanie je isté; na týchto miestach dôjde k trhaniu
• Body v tlakovom páse - Sklon k vráskaniu, ktorý môže vyžadovať zvýšenie tlaku pridržiavacieho dorazu

Ako vysvetľuje odkaz na simuláciu tvárnenia, krivka medze tvárnenia je určená predovšetkým hodnotou n a hrúbkou daného materiálu. Výsledky ilustrujú vypočítané oblasti plastickej deformácie materiálu, stupne zúženia a kompresné zóny, kde sa môžu vytvoriť vráska a prehnutia. S týmito informáciami je možné prijať opatrenia voči návrhu plochy formy ešte pred tým, ako bude orezaná akákoľvek oceľ.

Z analýzy CAE po nástroje pripravené na výrobu

Simulácia nezastupuje fyzické overenie. Zrýchľuje váš postup k úspešnému fyzickému overeniu. Pracovný postup nasleduje iteračnú optimalizačnú slučku:

1. Vytvorte počiatočný návrh formy - Vypracujte geometriu na základe vypočítaných pomerov vyťahovania, špecifikácií polomerov a veľkosti polotovaru
2. Spustite simuláciu tvárnenia - Aplikujte vlastnosti materiálu, hodnoty trenia a procesné parametre
3. Analyzujte výsledky - Skontrolujte grafy FLD, mapy rozloženia hrúbky a ukazovatele vzniku vrások
4. Identifikujte problematické oblasti - Nájsť prvky, ktoré presahujú bezpečné limity alebo sa blížia k prahu zlyhania
5. Upraviť návrhové parametre - Upraviť polomery, vôle, tlak držiaka polotovaru alebo konfiguráciu vytiahnutia
6. Znova spustiť simuláciu - Overiť, či úpravy vyriešili problémy bez vzniku nových
7. Iterovať, až kým nie je výsledok prijateľný - Pokračovať v optimalizácii, až kým všetky prvky nepatria do rámca bezpečných tvárnicích limitov
8. Uvoľniť na výrobu nástroja - Prejsť s dôverou do fázy výroby fyzického nástroja

Podľa výskumu IJERT sa považuje nástroj za overený po vizuálnej kontrole fyzických skúšobných dielov z hľadiska prítomnosti a veľkosti chýb. Za základom pre overenie sú nízky výskyt chýb a konzistentné výskyt žiaducich vlastností. Simulácia dramaticky zníži počet iterácií potrebných na dosiahnutie tohto milníka overenia.

Kľúčové kontrolné body simulácie vo vašom návrhovom procese

Nie každé návrhové rozhodnutie vyžaduje úplnú simulačnú analýzu. Niektoré kontrolné body však výrazne profitujú z virtuálnej validácie:

• Overenie vývoja polotovaru - Potvrďte, že vypočítaná veľkosť polotovaru poskytuje dostatočný materiál bez nadmerného odpadu
• Uskutočniteľnosť prvého ťahu - Overte, že vaše počiatočné zmenšenie zostáva v rámci medzí materiálu
• Analýza prechodu viacstupňového tvarovania - Skontrolujte, či stav materiálu medzi jednotlivými ťahovými stupňami zostáva tvárny
• Hodnotenie rohových polomerov - Skontrolujte koncentráciu deformácie na malých polomeroch u nevalecovaných dielov
• Návrh kompenzácie pruženia - Vypočítať nadobliehanie potrebné na dosiahnutie cieľových rozmerov
• Optimalizácia sily držiaka polotovaru - Určiť tlakové profily, ktoré maximalizujú pracovné okno procesu
• Umiestnenie ťahacieho rebra - Otestovať konfigurácie upevnenia pri zložitých geometriách

Zdroj poznatkov o simulácii tvárnenia uvádza, že virtuálne mriežky kruhov môžu byť porovnané s reálnymi experimentmi kruhovej mriežky, aby sa určila presnosť simulácie. Táto korelácia medzi virtuálnymi a fyzickými výsledkami posilňuje dôveru v návrhové rozhodnutia riadené simuláciou.

Využitie profesionálnych simulačne integrovaných služieb

Hoci softvér pre simulácie je čoraz dostupnejší, na vytiahnutie maximálnej hodnoty je potrebná odbornosť nielen v možnostiach softvéru, ale aj v základných princípoch hlbokého taženia. Firmy špecializované na hlboké taženie sa stále viac odlišujú svojou odbornosťou v oblasti simulácií.

Na čo by ste mali pozerať pri výrobcoch kovových lisovacích nástrojov pre hlboké taženie, ktorí ponúkajú simulačne integrované služby? Miera schválenia v prvom prechode poskytuje konkrétnu metriku. Keď partner navrhujúci formy dosiahne 93 % schválenia v prvom prechode, vidíte hmatateľný výsledok konštrukcie overenej simuláciou. Tento percentuálny údaj sa priamo prekladá do skrátenia vývojového času, nižších nákladov na úpravu nástrojov a rýchlejšieho zvýšenia produkcie.

Rovnako dôležité sú certifikáty kvality. Certifikácia IATF 16949 zabezpečuje, že validácia simuláciou je zapracovaná do širšieho systému riadenia kvality s dokumentovanými postupmi a konzistentným vykonávaním. Samotná simulácia má hodnotu len vtedy, keď je vykonaná správne a s realistickými parametrami.

Pre automobilové aplikácie a ďalšie náročné projekty hlbokého taženia predstavujú profesionálne služby navrhovania foriem, ktoré využívajú simulácie pred obrábaním ocele, strategickú výhodu. Riešenia tvárnic na strihanie pre automobilový priemysel od Shaoyi demonštrovať tento prístup, ktorý kombinuje pokročilé možnosti CAE simulácie s rýchlym prototypovaním v čase až päť dní. Ich inžiniersky tím dodáva nástroje overené simuláciou, prispôsobené štandardom OEM, čím sa znížia nákladné opakované iterácie, ktoré sužujú tradičný vývoj na základe pokusov a omylov.

Výskum IJERT dospieva k záveru, že simulácia poskytuje dôležité poznatky o úpravách potrebných vo vložke a komponente, aby sa dosiahlo zjednodušené a výkonné nástroje. Bežne si tvárnicová vložka vyžaduje presné návrhové parametre na zabezpečenie hladkého priebehu skúšobnej fázy. Simulácia poskytuje tieto presné parametre ešte pred tým, ako investujete do fyzického nástroja.

Ak integrujete schopnosti simulácie do svojho pracovného postupu pri návrhu vložiek, eliminujete najvýznamnejší zdroj oneskorení a nákladov vo vývoji. Poslednou súčasťou skladačky je výber vhodných materiálov pre vložky a povrchových úprav, ktoré zabezpečia, že váš overený návrh bude poskytovať konzistentný výkon po celý výrobný objem.

Pokyny pre výber materiálu a úpravu povrchu

Navrhli ste výstuž podľa simulácie a optimalizovali každý tvárniaci parameter. Teraz prichádza rozhodnutie, ktoré určuje, či vaše nástroje dosiahnu konzistentné výsledky pri tisícoch dielov alebo zlyhajú predčasne: výber materiálu výstupku. Materiály použité pre piest, výstuž a držiak polotovaru priamo ovplyvňujú opotrebenie, kvalitu povrchu a nakoniec aj náklady na jednotlivý diel počas celej výrobnej série.

Podľa ASM Handbook o spracovaní kovov , výber materiálu pre výstuž pri tažení má za cieľ výrobu dielov požadovanej kvality a množstva s čo najnižšími nákladmi na nástrojovanie na jeden diel. Tento princíp riadi každé rozhodnutie o materiáloch, ktoré urobíte. Najodolnejší materiál voči opotrebeniu nie je vždy optimálny. Musíte vyvážiť počiatočné náklady, nároky na údržbu a očakávaný objem výroby.

Výber nástrojovej ocele pre komponenty hlbokotažných výstupkov

Hlboké vyťahovacie kovové lisovacie operácie vystavujú nástroje extrémnym podmienkam. Držiaky polotovarov sú pri každom zdvihu vystavené abrazívnemu kontaktu. Piesty vydržia tlakové zaťaženie a zároveň zachovávajú presnú geometriu. Matrice musia riadiť tok materiálu a zároveň odolávať zaseknutiu, ktoré nastáva pri kontakte podobných kovov pod tlakom.

Aké faktory by mali ovplyvniť voľbu ocele pre nástroje? Zvážte tieto premenné:

• Objem výroby - Prototypové série s nízkym objemom si vyžadujú iné materiály než automobilové programy s miliónmi kusov
• Materiál súčiastky - Hlboké vyťahovanie nehrdzavejúcej ocele spôsobuje väčšie opotrebovanie nástrojov ako mäkká oceľ alebo hliník
• Zložitosť dielu - Komplexné geometrie koncentrujú napätie na konkrétnych miestach, čo vyžaduje zvýšenú odolnosť proti opotrebeniu
• Požiadavky na povrchovú úpravu - Dekoračné diely vyžadujú nástroje, ktoré udržia leštenie počas celej výroby
• Údržba - Niektoré materiály vyžadujú špeciálne tepelné spracovanie alebo brúsne zariadenia na obnovu

Príručka ASM o náradí pre lisovanie skúma výrobné premenné, ktoré ovplyvňujú voľbu medzi železnými, neželeznými a dokonca plastovými materiálmi pre náradie. Pri aplikáciách hlbokého taženia kovov dominujú nástrojové ocele, avšak konkrétny sortiment má obrovský význam.

Materiáli nástroja	APLIKÁCIA	Rozsah tvrdosti (HRC)	Odolnosť proti opotrebovaniu	Najlepšie prípady použitia
Nástrojová oceľ D2	Náradia, puncovacie nástroje, držiaky polotovarov	58-62	Výborne	Vysokotonažná výroba; abrazívne materiály; taženie oceľového plechu
Nástrojová oceľ A2	Punče, náradia s miernym opotrebovaním	57-62	Dobrá	Stredná sériovosť výroby; dobrá húževnatosť pri rázovom zaťažení
M2 rýchlorezná oceľ	Punče vyžadujúce tepelnú tvrdosť	60-65	Veľmi dobré	Vysokorýchlostné operácie; aplikácie pri zvýšených teplotách
Karbid (karbid wolfrámu)	Vložky s vysokým opotrebovaním, vyrovnávacie krúžky	75-80 (ekvivalent HRA)	Vynikajúci	Miliónové sériové výroby; tvárnenie z nehrdzavejúcej ocele; presné rozmery
Nástrojová oceľ O1	Formy na prototypy, nízkoobjemové razníky	57-62	Mierne	Krátkodobé série; jednoduchá obrábateľnosť; ohybné kovové plechy pre remeselné aplikácie

Všimnite si, ako objem výroby ovplyvňuje každú voľbu. Pre nástroje na prototypy alebo krátke série s ohybnými kovovými plechmi v remeslách alebo podobných aplikáciách s nízkym objemom môže postačiť oceľ O1 alebo dokonca mäkká oceľ s povrchovým kalením. Pre automobilové výrobné objemy sa však ekonomicky odôvodnia D2 alebo karbidové vložky napriek vyšším počiatočným nákladom.

Zohľadnenie spárovania materiálov medzi razníkom a matricou

Výber jednotlivých komponentov nie je dostatočný. Spôsob, akým materiály strihacieho použiera a matrice interagujú, ovplyvňuje odolnosť proti zadrhávaniu, opotrebovanie a celkovú životnosť nástroja. Podľa ASM Handbook predstavuje zadrhávanie typickú príčinu opotrebenia pri nástrojoch na hĺbkové tvarovanie. Keď podobné materiály prichádzajú do kontaktu pod tlakom a za podmienok posuvného pohybu pri tvárnení plechu, dochádza k mikroskopickému zváraniu a trhaniu.

Zvoľte si tieto princípy spájania:

• Vyhnite sa rovnakej tvrdosti - Ak majú strihací použier a matica rovnakú tvrdosť, obidva sa rýchlo opotrebujú. Uveďte rozdiel 2–4 HRC medzi komponentmi.
• Tvrdší komponent sa dotýka kritického povrchu polotovaru - Ak je najdôležitejší vzhľad vonkajšieho povrchu dielu, urobte maticu tvrdšou. Ak je kritický vnútorný povrch, ztvrdnite strihací použier.
• Zvážte odlišné materiály - Držiaky polotovaru z bronzu alebo hliníkovej bronzovej zliatiny spárované s oceľovými maticami znížia tendenciu k zadrhávaniu pri tvárnení hliníkových zliatin.
• Zohľadnite koeficienty tepelného rozťažnosti - Pri presnom hlbokom kovania plechov sa udržiava podobná tepelná rozťažnosť medzi zarážkou a matricou, čo zachováva medzery počas výrobných sérií.
• Zohľadnite kompatibilitu povlakov - Niektoré povrchové úpravy vykazujú lepší výkon voči konkrétnym oceľovým materiálom matríc.

Povrchové úpravy a povlaky na predĺženie životnosti matríc

Aj najlepšia nástrojová oceľ profitovala z povrchovej úpravy. Podľa ASM Handbook , možnosti zahŕňajú povrchové povlaky ako chrómovanie a povrchové úpravy ako karburizáciu alebo karbonitridáciu pre nízkolegované ocele, alebo nitridáciu a povlak fyzikálnou depozíciou pary pre nástrojové ocele. Každá úprava rieši konkrétne mechanizmy opotrebenia.

Nitrácia difunduje dusík do povrchu ocele a vytvára tvrdý povrch bez rozmerných zmien. Ako vysvetľuje AZoM, nitridácia zvyšuje odolnosť proti opotrebeniu a tvrdosť nástrojového povrchu. Je obzvlášť vhodná pre aplikácie s abrazívnymi materiálmi. Pre matrice na hlboké ťahanie výrazne predlžuje životnosť pri tvárnení pozinkovaných ocelí alebo vysokopevnostných zliatin.

Chromová nátiera vákuovou depozíciou vytvára tvrdú vrstvu s nízkym koeficientom trenia. Podľa AZoM tvrdé chrómovanie výrazne zvyšuje povrchovú tvrdosť až na hodnoty do 68 HRC. Je obzvlášť užitočné pri tvárnení konštrukčných ocelí, medi, uhlíkových ocelí a mosadze. Hladký chrómovaný povrch tiež zlepšuje uvoľnenie dielov a zníženie požiadaviek na mazivo.

Nitrid titánu (TiN) náter aplikovaný fyzikálnou depozíciou z plynnej fázy, ktorý vytvára zlatom zafarbenú keramickú vrstvu. AZoM uvádza, že vysoká tvrdosť v kombinácii s nízkym trením zaručuje výrazne dlhšiu životnosť. TiN výrazne znižuje sklon k zaľahnutiu, čo ho robí cenným pri hĺbkovom pretláčaní nehrdzavejúcej ocele, kde adhézne opotrebovanie komplikuje použitie neupraveného náradia.

Titanové karbonitridy (TiCN) ponúka tvrdšiu a menej trením zatienenú alternatívu k TiN. Podľa AZoM má dobrú odolnosť voči opotrebovaniu v kombinácii s húževnatosťou a tvrdosťou. Pre aplikácie hĺbkového pretláčania kovov, ktoré vyžadujú odolnosť proti opotrebovaniu aj odolnosť voči nárazom, poskytuje TiCN vynikajúcu rovnováhu.

Titan-alumíniový nitrid (TiAlN) vyznačuje sa v náročných podmienkach. AZoM ho popisuje ako materiál s vysokou oxidačnou stabilitou a húževnatosťou, vhodný pre vyššie rýchlosti a predlžujúci životnosť nástroja. Pri výrobe hlboko ťahaného kovu vo veľkom objeme, kde je tvorba tepla významná, udržiava TiAlN svoje vlastnosti tam, kde iné povlaky degradujú.

Kedy sa investícia do karbidových vložiek oprávňuje

Nástroje z karbidu stoja výrazne viac ako nástroje z kalenej ocele. Kedy sa táto investícia vyplatí? Niekoľko scénárov robí z karbidu ekonomicky výhodnejšiu voľbu:

• Výrobné objemy vyššie ako 500 000 kusov - Dlhšia životnosť karbidu umožní rozložiť počiatočné náklady na dostatočný počet kusov, čím sa znížia náklady na nástroje na kus
• Presné rozmerové tolerancie - Odolnosť karbidu proti opotrebeniu udržiava kritické rozmery omnoho dlhšie ako oceľ, čo znižuje frekvenciu nastavovania
• Abrazívne materiály obrobkov - Vysokopevnostné nízkolegované ocele a nehrdzavejúce ocele výrazne zrýchľujú opotrebenie oceľových nástrojov
• Vyhladzovacie operácie - Intenzívny posuvný kontakt počas vyhladzovania stien rýchlo ničí oceľové nástroje
• Citlivosť na výpadky - Keď stoja prerušenia výroby viac ako náradie, spoľahlivosť karbidu odôvodňuje vyššiu cenu

Karbidy viazané oceľou ponúkajú kompromis. Podľa ASM Handbook poskytujú karbidy viazané oceľou odolnosť proti opotrebeniu blízku plnému karbidu, pričom majú lepšiu húževnatosť a obrobiteľnosť. Pre komplexné geometrie diel, ktoré by boli v plnom karbide nepremerné drahé, alternatívy s oceľovým väzbom ponúkajú vynikajúci výkon.

Objem výroby a ekonómia výberu materiálu

Očakávané množstvo výroby zásadne ovplyvňuje rozhodnutia o materiáli. Zvážte nasledujúci postup:

Prototyp a nízky objem (do 1 000 kusov): Mäkké nástrojové materiály, ako je jemná oceľ alebo hliník, postačujú pre počiatočné skúšky. Dokonca aj nekalená nástrojová oceľ O1 môže stačiť. Cieľom je overiť konštrukciu dielu, nie maximalizovať životnosť náradia.

Stredný objem (1 000–100 000 kusov): Štandardom sa stávajú kalené nástrojové ocele A2 alebo D2. Povrchové úpravy, ako je nitridácia alebo chrómovanie, predlžujú životnosť bez nadmerných počiatočných nákladov.

Vysoký objem (100 000–1 000 000 kusov): Vysoce kvalitná oceľ D2 s PVD povlakmi alebo karbidové vložky na miestach s vysokým opotrebením. Náklady na úpravy nástrojov počas výroby odôvodňujú vyššie počiatočné investície do materiálu.

Hromadná výroba (viac ako 1 000 000 kusov): Karbidové vložky, viacnásobné záložné sady matríc a komplexné programy povrchových úprav. Nástroje sa stávajú kapitálovým majetkom vyžadujúcim analýzu celoživotných nákladov.

Spolupráca pri komplexných riešeniach materiálov pre matrice

Voľba materiálu pre matrice neexistuje izolovane. Je integrovaná do každého iného konštrukčného rozhodnutia: špecifikácií polomerov, sily pridržiavača lišty, požiadaviek na povrchovú úpravu a výrobného plánu. Skúsení partniari pri návrhu matríc berú voľbu materiálu ako súčasť komplexných riešení nástrojov, pričom vyvažujú počiatočné náklady a prevádzkový výkon.

Čo odlišuje schopných partnerov? Hľadajte inžinierske tímy, ktoré sa zaoberajú výberom materiálu počas fázy návrhu výrobku, nie až ako dodatočnou úvahou. Možnosti rýchleho prototypovania do piatich dní demonštrujú výrobnú flexibilitu a praktické posúdenie možností materiálov. Nákladovo efektívne nástroje prispôsobené štandardom OEM odrážajú skúsenosti potrebné na zarovnanie investícií do materiálu s aktuálnymi výrobnými požiadavkami.

Komplexné schopnosti návrhu a výroby foriem spoločnosti Shaoyi ilustrujú tento integrovaný prístup. Ich certifikácia IATF 16949 zabezpečuje, že rozhodnutia o výbere materiálu prebiehajú podľa dokumentovaných postupov kvality. Bez ohľadu na to, či vaša aplikácia vyžaduje karbidové vložky pre výrobu miliónov kusov z nehrdzavejúcej ocele alebo ekonomickú kalenú oceľ pre overenie prototypu, komplexné služby návrhu diel poskytujú vhodné materiálové riešenia prispôsobené vašim konkrétnym požiadavkám.

Výber materiálu dopĺňa vaše smernice pre návrh vytiahovacieho nástroja. Od výpočtov taženia cez simuláciu až po špecifikáciu materiálu máte technický základ na vývoj nástrojov, ktoré spoľahlivo vyrábajú bezchybné diely vo všetkých sériových objemoch.

Často kladené otázky o návrhu vytiahovacích nástrojov

1. Aké je správne vodidlo nástroja pri operáciách vytiahnutia?

Vodidlo nástroja by malo byť o 10–20 % väčšie ako hrúbka materiálu, aby sa zabránilo hromadeniu kovu na vrchu nástroja a zároveň sa zachovala kontrola steny. Pre materiál s hrúbkou 0,040" stanovte vodidlo 0,044"–0,048". Užšie vodidlá úmyselne vyrovnanávajú bočné steny pre rovnomernú hrúbku, zatiaľ čo nadmerné vodidlo spôsobuje vráskanie stien. Odborní návrhári nástrojov, ako napríklad Shaoyi, používajú CAE simulácie na optimalizáciu vodidiel pre konkrétne materiály a geometrie a dosahujú úspešnosť schválení pri prvej skúške vo výške 93 %.

2. Ako sa vypočíta veľkosť polotovaru pre vytiahnutie?

Vypočítajte veľkosť polotovaru pomocou princípu zachovania objemu: plocha povrchu polotovaru sa rovná ploche povrchu hotového dielu. Pre valcové cisterny použite vzorec Rb = √[Rf × (Rf + 2Hf)], kde Rb je polomer polotovaru, Rf je polomer cisterny a Hf je výška cisterny. Pripočítajte 2× hrúbku materiálu na rezanie a 3–5 % na kompenzáciu ztenčenia. Komplexné geometrie vyžadujú výpočet plochy povrchu na základe CAD pre presnosť.

3. Čo spôsobuje vráskanie a trhliny v hĺbkovo tvarovaných dieloch?

Vráskanie vzniká nedostatočným tlakom držiaka polotovaru, čo umožňuje tlakové vydutie v oblasti príruby. Trhliny vznikajú pri nadmernom tlaku držiaka alebo nedostatočných rádiusoch nástroja, čo bráni toku materiálu a spôsobuje, že ťahové napätie prevýši pevnosť materiálu v blízkosti nosača piestu. Riešeniami je postupné nastavenie sily držiaka polotovaru, zvýšenie rádiusu piestu/die na 4–10× hrúbku materiálu a zlepšenie mazania. Návrhy overené simuláciou predchádzajú týmto chybám už pred výrobou nástrojov.

4. Koľko ťahových stupňov je potrebných pre hlboké ťahanie?

Požiadavky na stupne závisia od celkového percenta redukcie. Prvé ťahanie dosahuje redukciu 45–50 %, nasledujúce ťahania 25–30 % a 15–20 %. Počet stupňov vypočítajte určením potrebnej celkovej redukcie (priemer základne na konečný priemer) a následným delením limitmi špecifickými pre materiál na jeden stupeň. Súčiastky s pomerom hĺbky ku priemeru vyšším ako 1,0 zvyčajne vyžadujú viacero stupňov. Plánujte medzistupňové žíhanie, ak kumulatívna redukcia presiahne 30–45 %, v závislosti od materiálu.

5. Aké sú odporúčané špecifikácie polomeru piestika a matrice?

Polomer hrotu dierneža by mal byť 4–10× hrúbka materiálu, aby sa rozložil tlak a predišlo sa trhaniu. Vstupný polomer matrice vyžaduje 5–10× hrúbku pre hladký prechod materiálu. Tenšie plechy potrebujú väčšie násobky polomeru. Pre materiál s hrúbkou 0,030"–0,060" uveďte polomer dierneža 5–8× a polomer matrice 6–10× hrúbku materiálu. U nevalcových dielov sa vyžadujú minimálne vnútorné polomery rohov 2× hrúbka, pričom sa uprednostňuje 3–4× na zníženie počtu tažných stupňov.