Коротко

Зморшкуватість при штампуванні металу виникає переважно через стискальні кільцеві напруження в зоні фланця, коли діаметр заготовки зменшується до діаметру стакана. Коли матеріал не може стиснутися сам у себе, він випинається.

Найефективнішим методом запобігання є застосування правильного Силу прижимної плити (СПП) тиску притискного кільця, щоб обмежити рух матеріалу без розриву. Для сталі тиск близько 2,5 Н/мм² є стандартною базовою величиною. Додаткові заходи включають використання протяжні ребра механічних обмежувачів для стримування руху в складних ділянках радіуси матриці та забезпечення оптимальних розмірів (не надто великих) для підтримання натягу. Операторам слід дотримуватися балансу між опором протягуванню та граничним коефіцієнтом витяжки (LDR) матеріалу.

Фізика утворення зморшок: чому метал випинається

Щоб ефективно запобігти зморшкуватості, інженери повинні спочатку зрозуміти механізм стисливої нестабільності під час глибокого витягування плоска заготовка перетворюється на тривимірну форму. Коли матеріал рухається від зовнішнього краю заготовки до порожнини матриці, її окружність зменшується. Це скорочення змушує матеріал стискатися тангенціально (кільцевий напруга). Якщо цей стискальний напруга перевищує критичну напругу витоншення матеріалу, метал хвилюється або складається, утворюючи зморшки.

Це явище регулюється Граничне співвідношення витягування (LDR) —співвідношенням між діаметром заготовки та діаметром пуансона. Коли заготовка занадто велика порівняно з пуансоном, кількість матеріалу, що «збирається» на фланці, стає неконтрольованою, що призводить до сильного ущільнення. Якщо зазор між поверхнею матриці та тримачем заготовки не контролюється строго для врахування цього ущільнення (як правило, допускається лише 10–20% зазору понад номінальну товщину), матеріал буде вигинатися в порожній простір.

Зморшкування проявляється у двох основних формах: Фланцеве зморшкування (першого порядку), яке виникає в зоні під прижимом, та Стінове зморшкування (другого порядку), яке відбувається в непідкріпленій ділянці між радіусом матриці та радіусом пуансона. Визначення місця виникнення зморшки — перший крок у діагностиці: зморшки на фланці свідчать про недостатній тиск прижиму, тоді як стінові зморшки часто вказують на надто великі радіуси матриці або погану відповідність матеріалу.

Основний розв'язок: оптимізація зусилля прижиму заготовки (BHF)

The Тримач заготовки (або прижиму) є основним регульованим параметром для запобігання зморшкуванню. Його функція полягає в тому, щоб створювати достатній тиск на фланець для запобігання випинанню, одночасно дозволяючи матеріалу входити в матрицю. Якщо тиск занадто низький, утворюються зморшки; якщо занадто високий — матеріал розривається (фрактурується), оскільки не може рухатися.

Згідно з галузевими стандартами, необхідний питомий тиск суттєво варіюється залежно від типу матеріалу. Практичне емпіричне правило для початкового налаштування таке:

• Сталь: ~2,5 Н/мм²
• Медні спілави: 2,0 – 2,4 Н/мм²
• Сплави алюмінію: 1.2 – 1.5 Н/мм²

Інженери повинні розрахувати необхідне зусилля на основі проекційної площі фланця під затискачем. Рекомендується додати коефіцієнт запасу міцності близько 30% до цього розрахунку на етапі проектування, оскільки зменшити тиск на пресі легше, ніж згенерувати більше зусилля, ніж дозволяє конструкція.

Для складних деталей рівномірний тиск часто недостатній. Просунуті системи використовують системи змінного тиску (гідравлічні або азотні подушки), які можуть регулювати зусилля протягом ходу — спочатку застосовуючи високий тиск, щоб зафіксувати фланець, і зменшуючи його, коли глибина деталі збільшується, щоб запобігти розриву. Використання прокладки-розмірники або балансувальних блоків (упорів) є критичним для підтримання точного зазору, трохи товщого за матеріал, щоб забезпечити, що затискач не просто розчавлює лист, а лише обмежує його.

Контроль конструювання інструмки: витяжні ребра та радіуси

Коли тільки тиск не може контролювати потік матеріалу — що часто трапляється з несиметричними автомобільними деталями — протяжні ребра є необхідним інженерним рішенням. Протяжні виступи — це підвищені ребра на прижимнику, які змушують матеріал згинатися та розгинатися перед входом у порожнину матриці. Ця механічна дія створює утримувальне зусилля, незалежне від тертя, забезпечуючи точний локальний контроль потоку.

Геометрія радіус матриці так само важливий. Занадто малий радіус обмежує потік і призводить до розриву, тоді як радіус, який є занадто великим зменшує площу контакту та ефективну напругу на фланці, сприяючи надмірно вільному руху матеріалу й утворенню складок. Радіус матриці має бути ідеально відполірованим і геометрично точним, щоб зберегти «оптимальну зону» напруги.

Крім того, важливою є жорсткість самого інструменту. Якщо матриця недостатньо міцний, може прогинатися під навантаженням, що призводить до нерівномірного розподілу тиску. Направляючі штифти мають бути достатньо міцними, щоб запобігти будь-якому бічному переміщенню верхнього та нижнього інструменту, що може спричинити нестабільні зазори та локальні зморшки.

Змінні процесу: змащення та вибір матеріалу

Тертя — це дволезевий меч у процесі глибокого витягування. Хоча змащення воно необхідне для запобігання заїданню та розривам, надмірна мастильність (занадто великий ковзний ефект) насправді може погіршити зморшкування якщо силу затискання фланця (BHF) не збільшено для компенсації. Матеріал так легко тече, що затискний пристрій не може створити достатнього тертя, щоб стримати сили випинання. Переконайтеся, що змащення наноситься рівномірно, а форсунки закріплені в потрібному положенні.

Властивості матеріалу також визначають технологічне вікно. У застосуваннях із нержавіючою сталью заміна стандартних 304з 304L може значно покращити формовність. У 304L нижчий меж плинності (приблизно 35 KSI проти 42 KSI у 304), тобто він менше опирається деформації та повільніше зміцнюється при обробці, що зменшує зусилля, необхідне для утримання матеріалу плоским. Завжди переконуйтесь, що вихідний матеріал має специфікацію «якості глибокого витягування» (DDQ), щоб мінімізувати анізотропію.

Навіть за ідеального проектування фізичні можливості вашого виробничого партнера є обмежувальним чинником. Для високоточних автомобільних компонентів, таких як важелі підвіски чи каркаси, точність є обов’язковою. Виробники, такі як Shaoyi Metal Technology використовують преси потужністю до 600 тонн і мають сертифікацію IATF 16949, щоб подолати розрив між швидким прототипуванням і масовим виробництвом. Співпраця зі спеціалізованим виробником забезпечує відповідність теоретичних розрахунків BHF реальним можливостям обладнання, запобігаючи дефектам ще до виходу на лінію складання.

Контрольний список усунення несправностей: поетапний протокол

Коли на виробничій лінії з'являються складки, дотримуйтесь цього систематичного діагностичного алгоритму, щоб виявити основну причину:

1. Перевірте прес: Перевірте наявність зношених напрямних або непаралельності повзунка. Якщо повзунок опускається не рівно, розподіл тиску буде нерівномірним.
2. Перевірте специфікації матеріалу: Чи є товщина матеріалу постійною? Виміряйте край стрічки; навіть відхилення на 0,003 дюйма можуть вплинути на зазор прижимної плити.
3. Перевірте обмежувачі: Чи встановлені стопорні блоки правильно, забезпечуючи потрібний зазор? Якщо вони зношені або розхитані, прижимна плита може «діставати дна» до того, як буде прикладена сила до листа.
4. Поступово регулюйте тиск прижимної плити: Збільшуйте тиск прижимної плити невеликими кроками. Якщо складки залишаються, але з'являються розриви, ви надто звузили технологічне вікно — перевірте тягові борозенки або змініть мастило.
5. Перевірте мастило: Переконайтеся, чи не занадто насичена суміш мастила або чи не завдано його надто багато в зоні фланця.
6. Перевірка поверхні інструменту: Шукайте задирки на витяжних бородавках або радіусах, які можуть створювати нерівномірне тягнення.

Опанування потоку

Запобігання зморшкуванню полягає не в усуненні зусиль, а в їх точному керуванні. Потрібен комплексний підхід, що поєднує фізику окружного напруження з інженерними параметрами сили прижиму заготовки, геометрії інструменту та вибору матеріалу. Розглядаючи процес штампування як систему взаємопов’язаних змінних, а не окремі етапи, виробники можуть отримувати стабільні, бездефектні деталі глибокої витяжки.

Успіх у дрібницях: точний розрахунок тиску в Н/мм², стратегічне розташування витяжних бородавок та дисципліна у підтримці стану преса й інструменту. З наявністю цих контрольних параметрів навіть найскладніші геометрії можна надійно формувати.

Поширені запитання

1. Як розрахувати правильну силу прижиму заготовки?

Розрахунок базового значення полягає у множенні площі фланця (під прижимачем) на питомий тиск, необхідний для матеріалу. Для сталі низької міцності використовуйте наближене значення 2,5 Н/мм² (МПа). Завжди додавайте запас безпеки (наприклад, +30%) до вимог щодо потужності пресу, щоб забезпечити можливість налаштувань під час пробування.

2. Чи може надмірна кількість мастила спричинити зморшкування?

Так. Мастило зменшує тертя, що є однією з сил, яка допомагає обмежити рух матеріалу. Якщо тертя значно знижується без відповідного збільшення зусилля прижимача, матеріал може надто вільно рухатися в порожнину матриці, що призводить до вигинання та зморшкування.

3. Що таке різниця між зморшкуванням та розривом?

Зморшкування та розрив є протилежними видами пошкодження. Зморшкування викликається надмірним стисканням та недостатнім обмеженням руху матеріалу (слабкий матеріал). Розрив (розтріскування) викликається надмірним розтягуванням та надто суворим обмеженням руху матеріалу (напружений матеріал). Мета виробника штампувальних деталей полягає у знаходженні «вікна процесу» між цими двома дефектами.