Основні принципи проектування бездоганних витяжних матриць

Коротко

Витяжна матриця — це спеціалізований інструмент, який перетворює плоский листовий метал у суцільну тривимірну порожнисту деталь. Вона працює за рахунок пуансона, який витягує метал у порожнину матриці, тоді як тримач заготовки контролює рух матеріалу. Успішне проектування ґрунтується на точному керуванні потоком металу шляхом оптимізації ключових факторів, таких як властивості матеріалу, коефіцієнт витяжки, змащення, тиск прижиму, радіуси матриці, щоб запобігти дефектам, таким як зморшкування, розрив або руйнування.

Розуміння основ глибокої витяжки

Основним принципом штампування є контрольована деформація листового металу. На відміну від різання або гнучки, процес витягування змінює форму плоскої заготовки шляхом розтягування та стискання її в порожнисту безшовну деталь. Цей метод є основоположним для виробництва широкого спектру продуктів — від кузовних панелей автомобілів і кухонних раковин до посуду та промислових компонентів. Процес ґрунтується на узгодженій роботі набору інструментів, які працюють разом під величезним тиском для досягнення потрібної геометрії.

Операція починається, коли плоский лист металу, відомий як заготовка, розміщується на поверхні матриці. Компонент, який називається тримачем заготовки або прижимом, опускається, щоб зафіксувати краї заготовки. Це зусилля затиснення має важливе значення для контролювання того, як матеріал втягується в матрицю. Далі пуансон, який має форму внутрішньої порожнини деталі, рухається вниз, виштовхуючи метал у порожнину матриці. Коли пуансон опускається, він змушує метал розтягуватися та текти по радіусу входу матриці, перетворюючи плоский лист на тривимірну деталь. Мета полягає в тому, щоб досягти цього перетворення, не порушуючи цілісності матеріалу.

Декілька ключових компонентів є необхідними для правильного виконання цього процесу. Згідно з експертами ALSETTE , до них належать пуансон, порожнина матриці та тримач заготовки. Прокол формує внутрішню форму деталі, Порожнина матриці визначає її зовнішню геометрію, а Тримач заготовки застосовує контрольований тиск до периметра заготовки для регулювання течії металу. У складніших конструкціях Протяжні ребра —невеликі ребра на поверхні матриці або притискного кільця—використовуються для збільшення тертя та додаткового регулювання потоку металу в певних зонах, запобігаючи виникненню дефектів.

Ключові фактори проектування для успішного руху металу

Успішне виконання будь-якої операції глибокого витягування визначається можливістю контролювати рух металу. Якщо метал рухається надто швидко, він може зморшкуватися; якщо його надто обмежити, він стане тонким і порветься. Досягнення цього балансу вимагає глибокого розуміння численних взаємопов’язаних змінних. Кожен із цих факторів необхідно ретельно враховувати на етапі проектування матриці, щоб забезпечити стабільний і відтворюваний виробничий процес.

Вичерпний перелік цих факторів має важливе значення для будь-якого конструктора. Як детально описано в статті Виробник , основними елементами, що впливають на рух металу, є:

• Властивості матеріалів: Тип, товщина та марка металу є основоположними. Більш товсті матеріали є жорсткішими і можуть сильніше розтягуватися, тоді як такі властивості, як показник зміцнення при деформації (показник N) та коефіцієнт пластичного видовження (показник R), визначають здатність матеріалу до розтягу та формування.
• Розмір і форма заготовки: Занадто велика заготовка може обмежити течію металу, тоді як оптимізована форма може зменшити відходи та запобігти дефектам.
• Віднос тягу: Це співвідношення між діаметром заготовки та діаметром пуансона. Якщо співвідношення занадто велике, матеріал може надто розтягнутися і потріскатися.
• Радіуси матриці: Радіус вхідної частини матриці має вирішальне значення. Занадто малий радіус може призвести до розриву, тоді як надто великий — до зморшкуватості, оскільки зменшується контроль над матеріалом.
• Тиск прижиму (зусилля тримача заготовки): Недостатній тиск дозволяє утворюватися зморшкам, тоді як надмірний тиск обмежує потік і призводить до розривів. Стійки, які часто встановлюються на 110% від товщини матеріалу, можуть використовуватися для підтримання точного зазору та врахування збільшення товщини матеріалу.
• Змащення: Правильне мащення зменшує тертя між компонентами матриці та заготовкою, запобігає подряпинам і забезпечує плавний рух матеріалу.
• Швидкість преса: Швидкість повзунка преса має бути достатньо низькою, щоб матеріал мав достатньо часу для протікання без утворення тріщин.

Взаємодія цих факторів є складною. Наприклад, оптимальний радіус входу в матрицю залежить від товщини та типу матеріалу. Для круглих витяжок із якісної сталі малий радіус може спричинити розтріскування, тоді як великий — призвести до зморшок, особливо при використанні тонколистового матеріалу. Аналогічно, необхідний тиск прижиму змінюється залежно від матеріалу; для високоміцних сталей може знадобитися тиск утричі більший, ніж для низьковуглецевої сталі.

Конструювання компонентів матриці: пуансон, матриця та прижимач

Фізичні компоненти матриці для витяжки — пуансон, матриця та прижимач заготовки — є тими елементами, де застосовуються принципи проектування. Геометрія, розміри та обробка поверхні кожного компонента безпосередньо впливають на якість готової деталі. Точні розрахунки та дотримання найкращих практик є обов’язковими для створення інструменту, який є ефективним і довговічним.

The прокол та порожнина матриці працюють разом, щоб визначити остаточну форму деталі. Зазор між цими двома компонентами є критичним розміром. Згідно з HARSLE Press , цей зазор зазвичай встановлюють трохи більшим, ніж товщина матеріалу, щоб врахувати ущільнення, яке виникає під час витяжки. Занадто малий зазор збільшує зусилля витяжки та може призвести до надмірного зменшення товщини або розриву, тоді як занадто великий зазор може спричинити зморшки та погану розмірну точність. Радіус закруглення як пуансона (rp), так і матриці (rd) також необхідно ретельно підбирати. Малий радіус пуансона концентрує напруження та може призвести до утворення тріщин у нижній частині деталі.

The тримач заготовки є, мабуть, найважливішим компонентом для контролю над течією металу. Його основне призначення — прикладання постійного, заздалегідь визначеного тиску до фланцевої зони заготовки. Це запобігає утворенню складок, коли матеріал стискається по колу під час витягування в матрицю. Поверхня тримача заготовки має бути абсолютно паралельною до поверхні матриці, щоб забезпечити рівномірний розподіл тиску. Для складних деталей, особливо в автомобільній промисловості, в матрицю або тримач заготовки інтегрують тягові смуги, щоб створити додаткові утримуючі сили в окремих зонах, що дозволяє краще керувати процесом формування.

Реалізація цих складних конструкцій вимагає значного досвіду як в інженерії, так і в виробництві. Компанії, що спеціалізуються на високоточному оснащенні, такі як Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. , використовують передові симуляції CAE та багаторічний досвід для виготовлення спеціалізованих штампувальних матриць для автовиробників та постачальників першого рівня. Їхня робота зі створення матриць для всього — від конструкційних елементів до складних панелей кузова — підкреслює важливість володіння цими принципами проектування для досягнення ефективності та якості у масовому виробництві.

Найкращі практики запобігання та усунення дефектів

Навіть при ретельному проектуванні, дефекти можуть виникати під час процесу глибокого витягування. Розуміння первинних причин поширених відмов, таких як зморшкуватість, розриви та тріщини, є ключовим для усунення несправностей і профілактики. Більшість дефектів можна пояснити дисбалансом сил, що керують течією металу. Дотримуючись затверджених найкращих практик, інженери можуть мінімізувати рівень браку та покращити стабільність виробництва.

Однією з найбільш фундаментальних найкращих практик, як зазначено Dramco Tool , полягає в уникненні гострих кутів у конструкції деталі. Гострі радіуси концентрують напруження, створюючи слабкі точки, де матеріал може розірватися або потріскатися. Достатньо великі, плавні радіуси як на деталі, так і на інструменті прес-форми дозволяють металу легше течи і розподіляють напруження на більшій площі. Крім того, важливо зрозуміти призначення конструкції деталі. Знання того, як буде використовуватися деталь, допомагає ухвалювати рішення щодо допусків та критичних характеристик, запобігаючи надмірному ускладненню проектування та зменшуючи складність виробництва.

Системний підхід до усунення несправностей може значно економити час і ресурси. У наведеній нижче таблиці описано поширені дефекти, їхні ймовірні причини, пов’язані з конструкцією, та рекомендовані рішення, засновані на обговорюваних принципах.

Часто задані питання про малювання

1. Які принципи костей?

Основні принципи малювання обертаються навколо контролю потоку листового металу, щоб сформувати 3D-форму без дефектів. Це включає управління такими факторами, як розтяжність матеріалу, застосування відповідного тиску для зв'язку, щоб запобігти зморшкам, використання правильних радіусів, щоб уникнути розриву, і забезпечення правильної змази для зменшення тертя. Кінцева мета полягає в збалансованому застосуванні сил стиснення і напруги на матеріал протягом всього процесу формування.

2. Що таке правило дизайну?

Ключовим правилом проектування шпагу є забезпечення того, щоб геометрія інструментації сприяла плавному, контрольованому потоку матеріалу. Це включає встановлення прозору від прокола до розриву приблизно на 110% від товщини матеріалу, розробку радіусу входу розриву, щоб бути від 4 до 8 разів товщиною матеріалу, і розрахунок співвідношення витягу, щоб бути в межах матеріалу. Ще одним важливим правилом є розробка матеріалу з урахуванням його властивостей, товщини, міцності та сформованості.

3. Які принципи інструментації?

Принципи розробки інструментів і розривів підкреслюють створення міцних, точних та ефективних інструментів для виробництва. Це включає в себе правильний вибір матеріалу для самого інструменту (часто загартованої сталі інструмента), розрахунок правильних розмахів для досягнення толерантності деталей та розробку компонентів, які витримують високі сили виробництва. Дизайн також повинен враховувати зношення інструменту та його обслуговування, щоб забезпечити постійне виробництво високоякісних деталей протягом усього терміну служби інструменту.

4. Який основний принцип штампування?

Основний принцип штампування полягає в перетворенні плоскої заготовки з листового металу на порожнисту посудину за рахунок розтягування матеріалу пуансоном у порожнині матриці. Цей процес характеризується контрольованим надходженням матеріалу з фланця заготовки, яке регулюється тиском тримача заготовки. Таке контрольоване надходження запобігає дефектам і забезпечує формування деталі потрібної глибини та форми без розривів.