Коротко

Тріщини у витяжних матрицях є критичною виробничою відмовою, яка виникає переважно через надмірні напруження, дефекти матеріалу, експлуатаційні помилки та погане проектування інструменту. Основні причини включають локалізовані стискальні напруження, що призводять до наклепу, виділення внутрішніх напружень у матеріалі та металургійні дефекти як у матриці, так і у заготовці. Також значний вплив мають недостатня змащування, неправильне вирівнювання обладнання та помилки в геометрії матриці — такі як неправильні радіуси або зазори, — що призводять до передчасного виходу матриці з ладу.

Розуміння критичної різниці: тріщини та розщеплення

Перш ніж діагностувати відмову, необхідно чітко розрізняти тріщини та розриви, оскільки їхні первинні причини та рішення принципово відрізняються. Помилкова ідентифікація режиму відмови часто призводить до неправильних і неефективних коригувальних дій. Хоча обидва типи призводять до відхилення деталі, вони виникають за рахунок протилежних напружених станів.

Розділення — це руйнування від розтягу. Воно виникає тоді, коли металевий матеріал розтягується понад його максимальну здатність до видовження. Цей процес часто передує видиме зменшення товщини матеріалу, що відоме як «перетягування». Уявіть, начебто ви тягнете кавову смужку, поки вона не стане тоншою посередині і нарешті не розірветься. У процесі штампування розрив зазвичай з'являється у вигляді горизонтального розриву поблизу радіуса пуансона, де матеріал був надмірно розтягнутий. Поширеними рішеннями є збільшення радіуса пуансона, поліпшення змащування або використання матеріалу з кращими властивостями видовження.

Розкол , навпаки, є стискальним руйнуванням. Воно виникає через надмірне локалізоване стискання, яке призводить до того, що матеріал стає надмірно загартованим і крихким у певній ділянці. Як зазначено в аналізі, опублікованому Виробник , цей тип руйнування призводить до того, що метал на місці розриву стає товщим за початковий стан. Тріщини часто проявляються як вертикальні пошкодження і все частіше трапляються при використанні сталей підвищеної міцності та нержавіючих сталей. Спроба усунути тріщину за допомогою методу, призначеного для усунення розриву, лише погіршить проблему.

Для правильного діагностування врахуйте такі ключові відмінності:

Причини, пов’язані з матеріалом, та власні дефекти

Фізичні та хімічні властивості як заготовки, так і самого штампа часто стають джерелом тріщин. Пошкодження, що виникають через матеріал, можуть бути непомітними, але мають серйозні наслідки для виходу продукції та терміну служби інструменту. Ці проблеми можна умовно поділити на ті, що пов’язані з сировиною, яка піддається витяжці, і дефекти у матеріалі, з якого виготовлено штамп.

Щодо заготовки, основною причиною є неправильний вибір сировини. Матеріали з низькою пластичністю або високим індексом зміцнення при холодній деформації, такі як аустенітна нержавіюча сталь, особливо схильні до цього. Під час деформації ці матеріали можуть зазнавати фазових перетворень, що призводять до утворення крихкої мартенситної структури, унаслідок чого вони схильні до утворення тріщин, як пояснюють експерти в Kanou Mould . Крім того, поверхневі дефекти на заготовці, такі як вирізи або задирання, можуть порушити плавний рух матеріалу в матрицю, що призводить до тріщин — поширеної проблеми, на якій наголошено в Точне формування .

Що стосується оснащення, якість матеріалу матриці має першорядне значення. Наприклад, матриця з виготовлена з карбіду низької якості може призвести до катастрофічної відмови. Глибокий аналіз відмов у виданні Журналу для виробників з труб та фітингів вказує на металографічні дефекти, такі як пористість через неправильне спікання, як основну причину. Коли порошок карбіду не спікається належним чином, вольфрам і кобальт не правильно з'єднуються між собою, що знижує структурну цілісність матриці та її здатність витримувати зусилля протягування. Це створює слабкі ділянки, на яких тріщини можуть легко виникати й розповсюджуватися.

Для запобігання відмовам, пов’язаним із матеріалом, ефективними є кілька стратегій:

• Вибір матеріалу: Вибирайте матеріали з хорошою пластичністю та формозмінністю для передбаченого застосування. Для матеріалів, які інтенсивно накопичують міцність при деформації, плануйте проміжний процес відпалу для відновлення пластичності.
• Контроль якості: Застосовуйте ретельний контроль вхідних сировинних матеріалів, щоб перевірити наявність поверхневих дефектів або неоднакової товщини.
• Специфікація матеріалу матриці: Настояно вимагайте високоякісного, правильно спеченого карбіду або інших відповідних інструментальних сталей від надійних постачальників. Переконайтеся, що матеріал матриці підходить для навантажень, пов'язаних із витягуванням конкретних заготовок.

Експлуатаційні пошкодження: технологічні напруження, мащення та центрування

Навіть за ідеальних матеріалів і конструкції матриці, помилки безпосередньо в процесі витягування залишаються основною причиною тріщин. Ці експлуатаційні пошкодження часто виникають через складну взаємодію напружень, тертя та механічних налаштувань. Їх усунення вимагає ретельного контролю та нагляду за виробничим середовищем.

Однією з найфундаментальніших причин є звільнення внутрішніх напружень . Як зазначають численні джерела галузі, внутрішні напруження є неминучим побічним продуктом виробництва металів. Під час процесу витягування ці накопичені напруження звільняються, що може призвести до утворення тріщин, іноді відразу після формування або навіть після певного періоду зберігання. Це особливо характерно для матеріалів із високим індексом загартування.

Недостатнє мастило є ще одним критичним видом експлуатаційної несправності. Змащувальні матеріали утворюють захисну плівку між матрицею та заготовкою, зменшуючи тертя та нагрівання. Коли ця плівка руйнується, виникає металевий контакт із металом, що призводить до заїдання, збільшення зусиль витягування та, врешті-решт, до розривів. Вибір змащувального матеріалу має вирішальне значення; для важкооброблюваних матеріалів, таких як нержавіюча сталь, можуть знадобитися спеціалізовані змащувачі, наприклад, плівки PVDF, щоб забезпечити ефективний бар'єр.

Нарешті, механічне нерівняння може призводити до нерівномірного навантаження, що спричиняє передчасне руйнування матриці. Наприклад, зношений шків, який подає дріт у матрицю під неправильним кутом, створює нестабільний знос. Це концентрує напруження в окремих точках матриці, що призводить до локального зносу та тріщин. Як показав один із кейсів, проблема полягала не в матриці, а в канавці шківа на попередньому етапі, яка спричинила невідповідність у вирівнюванні.

Оператори можуть скористатися таким контрольним списком для діагностики та запобігання експлуатаційних несправностей:

• Перевірка змащення: Переконайтеся, що система мастила працює належним чином і використовується відповідний мастильний матеріал для заданого матеріалу та процесу.
• Перевірка вирівнювання: Регулярно перевіряйте всі компоненти волочильної установки, включаючи шківи та направляючі, на наявність зносу, а також забезпечте правильне вирівнювання заготовки при подачу в матрицю.
• Контроль параметрів: Переконайтеся, що швидкості волочіння та коефіцієнти обтиснення знаходяться в межах рекомендованих значень для оброблюваного матеріалу.
• Керування напруженням: Для матеріалів, схильних до затриманого утворення тріщин, слід якомога швидше після формування застосовувати термічну обробку для зняття напружень.

Недосконалий дизайн матриці та низькоякісне виконання

Якість проектування та виготовлення витяжної матриці є основою її ефективності та довговічності. Дефекти в будь-якій із цих областей можуть створювати концентрації напружень і проблеми з течією матеріалу, що безпосередньо призводить до утворення тріщин, незалежно від якості матеріалу чи точності експлуатації. Добре спроектована матриця забезпечує плавний рух матеріалу, тоді як погано спроектована — перешкоджає йому.

Поширеними дефектами проектування є неправильна геометрія. Наприклад, якщо радіуси пуансона та матриці занадто малі (занадто гострі), вони можуть перешкоджати поступленню матеріалу в порожнину матриці, збільшуючи розтягувальні напруження та спричиняючи розриви. Навпаки, якщо радіус занадто великий, це може призвести до зморшкування. Згідно з CNstamping , неправильний зазор між пуансоном і матрицею є ще однією поширеною причиною тріщин. Так само недостатня довжина кута підходу концентрує зусилля витягування на надто малій площі, витискаючи мастило і призводячи до заїдання та руйнування.

Недостатньо якісне виконання може звести нанівець навіть ідеальний дизайн. Точність посадки карбідної вставки в стальному корпусі має вирішальне значення для забезпечення механічної міцності та відведення тепла. Якщо вставка не має повної опори — наприклад, через конусоподібний внутрішній діаметр корпуса — вона не зможе витримати зусилля витягування і потріскається. Правильне термозакріплення вставки в корпусі є обов’язковим для забезпечення максимальної площі контакту, що дозволяє корпусу працювати як радіатор і запобігати перегріву вставки.

Щоб уникнути цих проблем, вкрай важливо співпрацювати з досвідченим виробником матриць. Спеціаліст може забезпечити правильне проектування та виготовлення інструменту для конкретного застосування з урахуванням властивостей матеріалу, допусків і експлуатаційних навантажень. Наприклад, такі спеціалісти, як Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. використовують сучасні CAE-симуляції для оптимізації конструкції матриць і ґрунтуються на глибоких знаннях управління проектами, щоб поставляти високоякісні та надійні інструменти для складних застосувань, наприклад, штампування в автомобільній промисловості.

Основні аспекти, які слід враховувати при проектуванні та виготовленні матриць:

• Оптимізована геометрія: Переконайтеся, що радіуси, зазори та кути підходу адаптовані до конкретного матеріалу та геометрії деталі.
• Наявність належної опори вставок: Використовуйте вставки з безцентрово обробленою поверхнею та забезпечте їх повну опору всередині корпусу для максимальної теплопровідності та механічної міцності.
• Течія матеріалу: Для неквадратних заготовок розгляньте конструкції з конічними внутрішніми кутами, щоб запобігти заглибленню гострих кутів у робочі площини матриці.
• Співпраця з експертами: Тісно співпрацюйте з постачальниками оснащення, щоб перевірити конструкції та забезпечити дотримання практик високоякісного виготовлення.

Поширені запитання

1. З якої причини блок матриці тріскається під час процесу формування?

Блок матриці може потріскатися з кількох причин, головним чином пов’язаних із напруженням і цілісністю матеріалу. Основні причини включають концентрацію напружень через дефектну конструкцію матриці або неправильне вирівнювання, що концентрує величезне зусилля на невеликій ділянці. Іншим важливим фактором є неоднорідний розподіл карбідів у інструментальній сталі, що створює слабкі місця. Нарешті, високі температури під час роботи можуть знизити стійкість матеріалу до утворення тріщин, особливо якщо матрицю недостатньо охолоджувати.

2. Що спричиняє утворення тріщин у металі?

Тріщини в металі, як правило, виникають через те, що напруження перевищують міцність матеріалу. Це може трапитися різними способами, зокрема механічне перевантаження від прикладених сил (наприклад, під час процесу витягування), термічні напруження внаслідок швидкого нагрівання або охолодження, залишкові внутрішні напруження від попередніх етапів виробництва та вплив навколишнього середовища, наприклад корозія, яка з часом послаблює матеріал. Дефекти матеріалу, такі як пористість або включення, також виступають точками зародження тріщин.

3. Що спричиняє більшість тріщин при формуванні листового металу?

При формуванні листового металу більшість тріщин виникає через надмірну локальну деформацію. Це часто пов’язано з неправильним зазором матриці, коли проміжок між пуансоном і матрицею занадто малий, через що метал зазнає зрізу або руйнується. Погана центровка також може створювати неоднакові напруження, що призводить до руйнування. Ще однією поширеною причиною є недостатня опора або затиск матеріалу, що дозволяє листовому металу нерівномірно розтягуватися і перевищувати свої межі подовження, в результаті чого утворюються розриви або тріщини.