Процес звуження в автомобільному штампуванні: режим відмови проти операції

Коротко

Під час автомобільного штампування термін «обтиснення» стосується двох різних, але важливих понять: певного виробничого процес та матеріалу механізм відмови . Як процес (часто називають звуженням), обтиснення — це свідоме зменшення діаметра труби чи посудини, що зазвичай використовується для випускних компонентів і балонів. Як режим руйнування, обтиснення — це локальна нестабільність тоншання листового металу, яка передує розриву й визначає абсолютну межу формоутворюваності матеріалу.

Для технологів оволодіння процесом обтиснення вимагає подвійного підходу: оптимізації оснащення для виконання операції обтиснення без виникнення хвилюватості, водночас проектуючи штамповані панелі так, щоб уникнути нестабільності обтиснення шляхом аналізу розподілу деформацій і швидкості зміцнення матеріалу. У цьому посібнику розглянуто фізику, параметри та стратегії керування для обох сценаріїв.

Операція обтиснення: зменшення діаметра трубчастих деталей

У контексті виготовлення деталей обтиснення — це формувальна операція, яка використовується для зменшення діаметра циліндричної оболонки або труби на її відкритому кінці. На відміну від витягування, яке переміщує матеріал, створюючи глибину, обтиснення ґрунтується на стискаючих зусиллях, щоб зменшити окружність. Ця техніка широко використовується у виробництві автомобілів для таких компонентів, як корпуси каталітичних перетворювачів, труби амортизаторів і горловини паливних баків.

Механіка процесу обтиснення

Операція передбачає натискання матриці на кінець трубчастої заготовки. Під час просування матриці матеріал піддається стискаючому кільцевому напруженню, внаслідок чого він рухається всередину та трохи ущільнюється. Успіх процесу залежить від здатності матеріалу пластично деформуватися під стиском без руйнування.

Існують два основні методи досягнення такого зменшення:

• Обтиснення матрицею: Статичну матрицю проталковують уздовж осі труби. Цей метод швидший, але обмежений тертям і ризиком втрати стійкості, якщо співвідношення зменшення занадто велике.
• Ротаційне або обертальне обтиснення: Частина або інструмент обертається, застосовуючи локальний тиск, щоб поступово зменшити діаметр. Цей метод, який часто використовується для банок для напоїв і високоточних автозапчастин, зменшує тертя і дозволяє збільшити розмір без дефектів.

Часті дефекти при обробці шиї

Оскільки матеріал стискається, первинний режим несправності під час процес витягування не розщеплюється, але згиб або зморшки. Якщо непідтримувана довжина труби занадто довга або якщо товщина стіни недостатньо відносно діаметру, метал скоріше складеться, ніж протікатиме. Інженери часто використовують внутрішні рушниці або етапні скорочення (більшома проходження), щоб підтримувати матеріал і підтримувати геометричну цілісність.

Для виробників, які займаються складними геометріями або виробництвом великого обсягу, де точність є критичною, партнерство з спеціалізованими службами штамповання, такими як Shaoyi Metal Technology може подолати розрив між швидким прототипом і масовим виробництвом. Їх досвід в області точного штампування, сертифікованого IATF 16949 гарантує, що навіть складні операції формування, такі як глибоке шийство, відповідають світовим стандартам OEM.

Шляхи для витримання: обмеження формованості

У більш широкому контексті маркування "тіло в білому" (Body-in-White, BIW) ворог - це затягування шиї. Це визначає початок нестабільності матеріалу, де деформація локалізується в вузький смуг, що неминуче призводить до перелому. Коли з'являється місцева шия, матеріал в цій області швидко розріджується, а навколишній матеріал перестає повністю деформуватися.

Дифузна проти локальної загострення

Розуміння прогресії закручування має життєво важливе значення для прогнозування збоїв у високопроможних сталях:

• Дифузна шия: Це початкова стадія, коли ширина листя починає нерівномірно скорочуватися. Вона поширена на більшу територію і не відразу призводить до невдачі. У пробних випробуваннях це відбувається в точці кінцевої міцності на тягу (UTS).
• Місцеве заголовне: Це критичний ліміт провалу. Деформація концентрується в вузьку смугу (приблизно товщину листка). У цьому стані матеріал катастрофічно розріджується без подальшого розширення в навколишніх областях. У моделюванні і проектуванні штампування початок локального закручення вважається точкою функціональної несправності частини.

Фізика нестабільності

Огортання відбувається, коли матеріал швидкість закарчання більше не може компенсувати зменшення площі поперечного перерізу. Згідно з критерієм Considere, стабільність зберігається до тих пір, поки матеріал зміцнюється (закаркається) швидше, ніж тонко. Коли швидкість закарчання падає нижче справжнього рівня стресу, виникає нестабільність.

Ось чому високий n-значення (експонент загартовності на натягу) матеріали віддаються перевагу для складних штампувань; вони зберігають свою здатність розподіляти натяг на більшу площу довше, відкладаючи початок шиї.

Інженерні параметри та поведінка матеріалу

З'єднання процесу та режиму відмови вимагає глибокого аналізу науки про матеріали. Поведінка сталі під час операції звуження та нестабільності звуження регулюється її діаграмою напруження-деформації.

Роль показника n

Показник утворення деформаційної зміцненої структури (показник n) є найважливішим параметром:

• Для запобігання відмовам: Бажаним є високе значення показника n. Воно дозволяє матеріалу більше розтягуватися перед початком локального звуження, що є критичним для глибокотягнутих панелей кузова.
• Для операцій звуження: Іронічно, але дуже високе значення показника n іноді може ускладнювати операції звуження при стисненні, якщо матеріал надто швидко зміцнюється, оскільки це вимагає більших зусиль і збільшує ризик випучування.

Криві межі формування (FLC)

Для прогнозування нестабільності звуження у виробництві інженери спираються на криву межі формування (FLC). Ця крива відображає основні та проміжні деформації, за яких виникає локальне звуження. Очікується, що будь-яка точка на штампованій деталі, розташована вище цієї кривої, призведе до відмови.

Сучасні методи виявлення, такі як цифрова кореляція зображень (ЦКЗ), дозволяють інженерам візуалізувати накопичення деформації в реальному часі. Відстежуючи поверхневий малюнок, ЦКЗ може виявити «зону звуження», перш ніж вона стане видимою неозброєним оком, що дозволяє заздалегідь налаштувати матриці.

Запобігання дефектам та контроль процесу

Чи ви виконуєте операцію звуження або намагаєтесь запобігти руйнуванню від звуження, контроль тертя та потоку матеріалу є найважливішим.

Запобігання нестабільності звуження (листовий метал)

• Стратегія змащення: Високе тертя обмежує потік матеріалу, що призводить до локального розтягування. Покращення змащування в критичних зонах дозволяє матеріалу затягуватися з суміжних зон, розподіляючи деформацію.
• Налаштування зусилля прижимача: Якщо зусилля прижимача завелике, матеріал не може входити в матрицю, що призводить до надмірного розтягування та звуження. Зменшення цього зусилля дозволяє більше затягування.
• Радіуси матриці: Гострі радіуси концентрують напруження. Збільшення радіусу входу в матрицю може знизити пікову деформацію та запобігти виникненню локального звуження.

Забезпечення успішних операцій обтиснення (трубчасте)

• Направляючі втулки: Щоб запобігти випинанню під час стискного обтиснення, використовуйте зовнішні або внутрішні напрямні для підтримки стінок труби.
• Ступінчасте зменшення: Не намагайтеся зменшити діаметр на 50% за один прохід. Розділіть процес на кілька етапів (наприклад, 20% -> 15% -> 10%), щоб контролювати стискальні напруження.
• Відпал: Для значного зменшення може знадобитися проміжне відпалювання, щоб відновити пластичність і зменшити стан міцніння матеріалу від деформації.

Висновок

Обтиснення в автомобільному штампуванні — це подвійність, яку має враховувати кожен технолог. Це одночасно цінний метод формування трубчастих компонентів і визначальна межа формоздатності листового металу. Важливо розрізняти стискальну механіку процес витягування та розтягувальну нестабільність викидання при обтисненні , виробники можуть оптимізувати конструкцію інструменту та вибір матеріалів. Успіх полягає у збалансуванні цих сил — використанні пластичної деформації для формування металу з урахуванням фізичних меж, за якими закінчується стабільність і починається руйнування.

Поширені запитання

1. У чому різниця між обтисканням і витягуванням?

Витягування — це процес розтягування, при якому заготовку протягують у матрицю, щоб створити глибину, часто зменшуючи товщину стінки. Обтискання (як процес) — це операція стиснення, що застосовується до відкритого кінця труби для зменшення її діаметра. При витягуванні матеріал рухається з фланця; при обтисканні матеріал змушений рухатися всередину отвору.

2. Як показник n впливає на нестійкість обтискання?

Показник n (експонента зміцнення при деформації) вказує на здатність матеріалу зміцнюватися під час деформування. Вищий показник n означає, що матеріал ефективніше чинить опір локальному зтоншенню, розподіляючи деформацію на більшій площі. Це безпосередньо затримує появу нестійкості обтискання, дозволяючи виконувати глибші та складніші штампування.

3. Чи можна виявити звуження до того, як відбудеться розрив?

Так. Хоча важко побачити неозброєним оком, доки він не стане сильним, локальне звуження можна виявити за допомогою систем цифрової кореляції зображень (DIC) під час випробування. У виробничих умовах помітна «борозна» або лінія знищення на поверхні панелі є чітким ознакою, що процес ось-ось призведе до розриву, і вимагає негайної коригування.