Zásadné princípy návrhu dokonalých tažných nástrojov

ZKRATKA

Tažná matica je špecializovaný nástroj, ktorý tvaruje plochý plech na bezšvovú trojrozmernú dutú súčiastku. Pracuje tak, že používa piest na natiahnutie kovu do dutiny matice, zatiaľ čo držiak polotovaru kontroluje pohyb materiálu. Úspešný návrh závisí od presného riadenia toku kovu optimalizáciou kľúčových faktorov, ako sú vlastnosti materiálu, pomer taženia, mazanie, tlak viazania a polomery matice, aby sa predišlo chybám, ako sú vrásky, trhliny alebo zlomeniny.

Pochopenie základov hlbokého taženia

Základný princíp taženia je riadená deformácia plechu. Na rozdiel od strihu alebo ohybu proces taženia mení tvar plochého kovového polotovaru jeho predlžovaním a stláčaním do dutého tvaru bez zvarov. Táto metóda je základná pre výrobu širokého spektra výrobkov, od karosérií automobilov a umyvadiel po rúry a priemyselné komponenty. Proces závisí od koordinovaného súboru nástrojov, ktoré spolu pracujú za obrovského tlaku, aby dosiahli požadovanú geometriu.

Proces začína, keď sa plochý kus kovu, známy ako polotovar, umiestni na povrch matrice. Súčiastka nazývaná držiak polotovaru, alebo viazač, zosnie a upevní okraje polotovaru. Táto upínacia sila je kľúčová pre riadenie spôsobu, akým sa materiál vtiahne do matrice. Následne sa razník, ktorý má tvar vnútornej dutiny súčiastky, posunie nadol a vtlačí kov do dutiny matrice. Keď sa razník posúva nadol, núti kov natiahnuť sa a pretékaniu cez vstupný polomer matrice, čím sa z plochého plechu vytvorí trojrozmerná súčiastka. Cieľom je dosiahnuť túto transformáciu bez poškodenia integrity materiálu.

Niekoľko kľúčových komponentov je nevyhnutných na správne fungovanie tohto procesu. Podľa odborníkov z ALSETTE , patria medzi ne razník, dutina matrice a držiak polotovaru. Razník Vyražovanie tvorí vnútorný tvar súčiastky, dutina matrice Dutina dielu určuje vonkajšiu geometriu a Držiak plechu pôsobí regulovaným tlakom na obvod polotovaru, aby riadil tok kovu. Pri zložitejších konštrukciách Tažné lišty —malé výstupky na povrchu matrice alebo upínacej dosky—slúžia na zvýšenie trenia a ďalšie vylepšenie toku kovu v konkrétnych oblastiach, čím sa zabraňuje chybám.

Kľúčové faktory návrhu pre úspešný tok kovu

Úspech každej operácie hĺbkového tiahnutia určuje schopnosť riadiť tok kovu. Ak sa kov pohybuje príliš rýchlo, môže sa zvrásniť; ak je príliš obmedzený, nadmerne sa natiahne a roztrhne. Dosiahnutie tejto rovnováhy vyžaduje hlboké porozumenie mnohých navzájom prepojených premenných. Každý faktor je potrebné starostlivo zvážiť už počas fázy návrhu matrice, aby sa zabezpečil stabilný a opakovateľný výrobný proces.

Komplexný zoznam týchto faktorov je nevyhnutný pre každého konštruktéra. Ako je podrobne uvedené v článku od Výrobca , hlavné prvky ovplyvňujúce tok kovu zahŕňajú:

• Vlastnosti materiálu: Typ, hrúbka a trieda kovu sú základné. Hrubšie materiály sú tuhšie a môžu sa viac natiahnuť, zatiaľ čo vlastnosti ako exponent zpevnenia pri deformácii (N-hodnota) a pomer plastickej deformácie (R-hodnota) určujú schopnosť materiálu sa natiahnuť a pretiahnuť.
• Veľkosť a tvar polotovaru: Príliš veľký polotovar môže obmedziť tok kovu, zatiaľ čo optimalizovaný tvar môže znížiť odpad a zabrániť chybám.
• Pomer ťahu: Toto je vzťah medzi priemerom polotovaru a priemerom piestika. Ak je pomer príliš veľký, materiál sa môže príliš ztenšiť a prasknúť.
• Polomery matrice: Polomer vstupného bodu matrice je kritický. Príliš malý polomer môže spôsobiť trhliny, zatiaľ čo príliš veľký môže viesť k vlneniu, pretože znižuje kontrolu nad materiálom.
• Tlak upínacej dosky (sila držiaka polotovaru): Nedostatočný tlak umožňuje vznik vrások, zatiaľ čo nadmerný tlak obmedzuje tok materiálu a spôsobuje trhliny. Oddeľovače, ktoré sú často nastavené na 110 % hrúbky materiálu, sa dajú použiť na udržanie presného medzery a umožnenie zhrubnutia materiálu.
• Mazanie: Správne mazanie znižuje trenie medzi dielmi matrice a polotovarom, čím sa zabráni poškriabaniu a uľahčuje sa hladký tok materiálu.
• Rýchlosť lise: Rýchlosť piestu lisu musí byť dostatočne nízka, aby materiál mal dostatok času na to, aby sa mohol pohybovať bez praskania.

Vzájomné pôsobenie týchto faktorov je zložité. Napríklad ideálny polomer vstupu do matrice závisí od hrúbky a druhu materiálu. Pri kruhových ťahoch z kvalitnej ocele môže malý polomer spôsobiť praskanie, zatiaľ čo veľký môže viesť k vzniku vrások, najmä pri tenkom materiáli. Podobne sa požadovaný tlak podložky mení v závislosti od materiálu; vysokopevnostné ocele môžu vyžadovať až trojnásobný tlak oproti nízkouhlíkovej oceli.

Návrh komponentov matrice: piest, matrica a podložka

Fyzické komponenty vytiahnutia – piest, forma a držiak polotovaru – sú miesta, kde sa uplatňujú princípy návrhu. Geometria, rozmery a povrchová úprava každého komponentu priamo ovplyvňujú kvalitu konečného dielu. Presné výpočty a dodržiavanie najlepších postupov sú nevyhnutné pre vytvorenie nástrojov, ktoré sú efektívne aj trvanlivé.

The vyražovanie smykové dutina dielu spolupracujú na určení konečného tvaru dielu. Vzdušná medzera medzi týmito dvoma komponentmi je kritickým rozmerom. Podľa HARSLE Press je táto medzera zvyčajne nastavená mierne väčšia ako hrúbka materiálu, aby sa kompenzovalo zhrubnutie, ktoré vzniká počas tvárnenia. Príliš malá medzera zvyšuje tažnú silu a môže spôsobiť nadmerné ztenenie alebo pretrhnutie, zatiaľ čo príliš veľká medzera môže viesť k vzniku vrások a nízkej rozmerovej presnosti. Polomer zaoblenia na pieste (rp) aj na forme (rd) musí byť tiež starostlivo zvolený. Malý polomer piesta koncentruje napätie a môže viesť k trhlinám na dne dielu.

The držiak plechu je pravdepodobne najdôležitejšou súčasťou na riadenie toku kovu. Jeho hlavnou funkciou je pôsobiť konštantným, vopred určeným tlakom na okrajovú oblasť plechu. Tým sa zabraňuje vzniku vrások, keď sa materiál prievaním do formy stláča obvodovo. Povrch držiaka plechu musí byť presne rovnobežný s povrchom formy, aby sa zabezpečilo rovnomerné rozloženie tlaku. Pri zložitých dieloch, najmä v automobilovom priemysle, sa do držiaka plechu alebo formy integrujú ťahacie lišty, ktoré vytvárajú dodatočné brzdné sily v konkrétnych oblastiach a umožňujú tak lepšiu kontrolu nad tvárnym procesom.

Realizácia týchto komplikovaných návrhov vyžaduje významné odborné znalosti v oblasti technického projektovania aj výroby. Spoločnosti špecializujúce sa na vysokopresné nástroje, ako napríklad Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. , využívajú pokročilé CAE simulácie a roky skúseností na výrobu špeciálnych tvárnic pre automobilový priemysel pre OEM a dodávateľov prvej úrovne. Ich práca pri vytváraní nástrojov pre všetko, od konštrukčných komponentov po zložité karosériové panely, zdôrazňuje dôležitosť ovládania týchto návrhových princípov na dosiahnutie efektívnosti a kvality vo veľkých sériách.

Odporúčané postupy pre prevenciu a odstraňovanie chýb

Aj napriek starostlivému návrhu môžu počas procesu hĺbkového taženia vzniknúť chyby. Porozumenie koreňovým príčinám bežných porúch, ako sú vrásky, trhliny a lomy, je kľúčom k ich riešeniu a predchádzaniu. Väčšina chýb sa dá pripísať nerovnováhe síl riadiacich tok kovu. Dodržiavaním uznávaných odporúčaných postupov môžu inžinieri minimalizovať mieru odpadu a zlepšiť stabilitu výroby.

Jedným z najzákladnejších odporúčaných postupov, ako uvádza Dramco Tool , je vyhnúť sa ostrým rohom v návrhu súčiastky. Ostré polomery koncentrujú napätie, čím vznikajú slabé miesta, kde je materiál náchylný na trhliny alebo zlomeniny. Široké, hladké prechody na súčiastke aj na nástroji umožňujú kovu ľahšie prúdiť a rozdeľujú napätie na väčšiu plochu. Okrem toho je nevyhnutné pochopiť účel návrhu súčiastky. Poznanie spôsobu použitia súčiastky pomáha pri rozhodovaní o toleranciách a kľúčových vlastnostiach, čo zabraňuje nadmernému inžinierstvu a znižuje výrobnú zložitosť.

Systematický prístup k odstraňovaniu problémov môže ušetriť výrazné množstvo času a zdrojov. Nasledujúca tabuľka uvádza bežné chyby, ich pravdepodobné príčiny súvisiace s návrhom a odporúčané riešenia na základe diskutovaných princípov.

Často kladené otázky o kreslení

1. Aké sú princípy kocky?

Základné princípy kresleného lisovania sa točia okolo kontroly toku plechu, aby sa vytvoril 3D tvar bez chýb. To zahŕňa riadenie faktorov, ako je roztiahnuteľnosť materiálu, uplatňovanie vhodného tlaku spojiva na zabránenie vrásk, používanie správnych polomerov na zabránenie trhaním a zabezpečenie správneho mazania na zníženie trenia. Konečným cieľom je vyvážiť sily stlačovania a napätia na materiáli počas celého procesu tvarovania.

2. Vráť sa. Čo je to pravidlo dizajnu?

Dôležité pravidlo pri návrhu matrice je zabezpečiť, aby geometria nástroja umožňovala hladký a kontrolovaný tok materiálu. To zahŕňa nastavenie vzdialenosti medzi puncovacím nástrojom a maticou na približne 110 % hrúbky materiálu, navrhnutie polomeru vstupu do matice na 4 až 8-násobok hrúbky materiálu a výpočet tažného pomeru v rámci medzí materiálu. Ďalším kľúčovým pravidlom je navrhovať s ohľadom na vlastnosti materiálu, pričom sa berie do úvahy jeho hrúbka, pevnosť a tvárivosť.

3. Aké sú zásady návrhu nástrojov a foriem?

Zásady návrhu nástrojov a foriem zdôrazňujú vytváranie trvalých, presných a efektívnych nástrojov pre výrobu. Zahŕňajú správny výber materiálu pre samotný nástroj (často kalená nástrojová oceľ), výpočet správnych vôleb na dosiahnutie požadovaných tolerancií dielu a návrh komponentov tak, aby odolali vysokým silám počas výroby. Návrh musí tiež zohľadniť opotrebovanie nástroja a jeho údržbu, aby sa počas celej životnosti nástroja zabezpečila konzistentná a kvalitná výroba dielov.

4. Vráť sa. Aký je základný princíp kreslenia?

Základným princípom kresby je transformácia plochého kovového plechu na dutú nádobu natiahnutím materiálu do dutiny. Proces je definovaný riadeným vchodovým prúdom materiálu z bremena prázdneho, ktorý je regulovaný tlakom z držadla prázdneho. Tento riadený tok zabraňuje defektom a zabezpečuje, aby sa časť formovala do požadovanej hĺbky a tvaru bez zlomenín.