Kompletny przewodnik po rysowaniu głębokich części cylindrycznych firmy Punch

Szacowany czas czytania: 13 minuty

Głębokie rysowanie odnosi się do metody przetwarzania tłoczenia, która wykorzystuje matrycę do wykrawania płaskiego półfabrykatu w otwartą pustą część lub do dalszej zmiany kształtu i rozmiaru otwartej pustej części. Proces głębokiego tłoczenia jest szeroko stosowany w produkcji różnych sektorów przemysłowych, takich jak samochody, ciągniki, instrumenty, elektronika, lotnictwo i artykuły codziennego użytku. Jest to jeden z podstawowych procesów tłoczenia na zimno. Może nie tylko przetwarzać obracające się części, ale także przetwarzać kształty pudełek. Części i inne cienkościenne części o skomplikowanych kształtach pokazano na Rysunku 1-1 i Rysunku 1-2.

ten proces rysowania jest podzielony zgodnie z kształtem półwyrobu: metoda formowania z płaskiego półwyrobu w otwartą wydrążoną część z dnem nazywa się płaskim (pierwszym) rysunkiem; formowanie od wydrążonej części o dużej średnicy do wydrążonej części o małej średnicy. Metoda nazywana jest każdym kolejnym głębokim ciągnieniem. Proces ciągnienia jest podzielony zgodnie ze zmianą grubości ścianki: proces ciągnienia, w którym grubość ścianki części po ciągnieniu nie zmienia się znacznie w porównaniu z grubością półfabrykatu, nazywa się ciągłym przerzedzaniem; grubość ścianki części po rysowaniu jest taka sama jak grubość półfabrykatu. Proces rysowania, który jest znacznie cieńszy, nazywa się rysowaniem pocieniającym. W produkcji szeroko stosowany jest proces rysowania niecienkiego. Projekt ten koncentruje się na analizie procesu i projektowaniu formy.

Projekt ten wykorzystuje projekt matrycy ciągnienia części cylindrycznej, jak pokazano na rysunku 1-3, jako nośnik i kompleksowo szkoli czytelników w celu określenia procesu ciągnienia i wstępnej umiejętności zaprojektowania matrycy.

Nazwa części: część cylindryczna.

Partia produkcyjna: partia średnia.

Materiał: stal 08F.

Grubość: 1,0 mm.

Rysunek części: jak pokazano na rysunku 1-3.

Rysunek proces i charakterystyka deformacji

Rysunek 1-4 przedstawia proces ciągnienia części cylindrycznych. Okrągły płaski półfabrykat o średnicy D i grubości t jest głęboko tłoczony za pomocą matrycy do ciągnienia w celu uzyskania otwartej prostej okrągłej prostej części o wewnętrznej średnicy d i wysokości h, oraz h> (Dd) /2.

Jaki rodzaj przepływu tworzywa powoduje, że okrągły płaski półfabrykat pod działaniem formy wytwarza otwartą pustą część? Przenoszenie materiału płaskiego półfabrykatu podczas głębokiego tłoczenia pokazano na rysunku 1-5. Jeśli forma nie jest używana, wystarczy usunąć zacieniony trójkąt na rysunku 1-5, a następnie wygiąć pozostałą część wąskiego paska wzdłuż obwodu o średnicy d i zespawać go, aby uzyskać średnicę d i wysokość h=( Dd)/ 2. Otwarta część cylindryczna ze spawanym szwem na obwodzie i falistym otworem. Pokazuje to, że „nadmiar materiału” musi zostać usunięty, gdy okrągły płaski półfabrykat stanie się częścią cylindryczną. Okrągły płaski półfabrykat nie usuwał jednak nadmiaru materiału podczas procesu głębokiego tłoczenia, a wysokość detalu uzyskana przez głębokie tłoczenie była większa niż h, a grubość ścianki detalu zwiększała się. Dlatego materiał w części zacienionej trójkątem można uznać tylko za materiał zbędny. W ramach akcji nastąpił przepływ i transfer.

Analiza transferu materiału podczas głębokie rysowanie poprzez test siatkowy może dodatkowo zilustrować przepływ metalu podczas głębokiego tłoczenia, jak pokazano na rysunku 1-6.

Przed głębokim rysowaniem na okrągłym płaskim wykroju narysuj siatkę koncentrycznych okręgów o równych odstępach i równych liniach promieniowych. Później głębokie rysowanie, widać, że siatki w różnych obszarach zmieniły się w różnym stopniu. Poniżej przeanalizujemy przepływ metalu podczas procesu rysowania poprzez zmiany siatki.

• Dolna siatka części cylindrycznej zasadniczo zachowuje swój pierwotny kształt, co wskazuje, że metal na dnie stempla nie ma wyraźnego przepływu.
• Koncentryczne okręgi o nierównych średnicach stycznych są przekształcane na równoległe okręgi o tym samym obwodzie na ścianie cylindra. Odległość wzrasta, a im bliżej górnej części cylindra wzrasta, a1>a2>a3>…>a, co wskazuje, że odkształcenie promieniowe metalu jest odkształceniem rozciągającym, a przepływ promieniowy metalu bliżej zewnętrznego okręgu jest większy.
• Koncentryczne linie promieniowe o równym podziale w kierunku promieniowym są przekształcane w równoległe linie pionowe na ścianie cylindra, a linie pionowe są równomiernie rozmieszczone z b. Pokazuje, że odkształcenie styczne jest odkształceniem ściskającym, a im bliżej zewnętrznego okręgu znajduje się metal, tym większy przepływ styczny.
• Jak pokazano na rysunku 1-6 (b), jeśli wyjmiesz jednostkę z siatki, przed głębokim rysowaniem będzie to siatka w kształcie wachlarza o powierzchni A1. Po głębokim rysowaniu stanie się prostokątną siatką o powierzchni A2, co odpowiada szczelinie w kształcie klina, która przeciąga siatkę sektorów w ten sam sposób. Pod działaniem stycznego naprężenia ściskającego i promieniowego naprężenia rozciągającego metal wytwarza promieniowe odkształcenie wydłużenia i styczne odkształcenie ściskające, tworząc prostokątną siatkę.
• Zgodnie z pomiarem grubość dna jest nieco mniejsza (zwykle ignorowana), a grubość ścianki cylindra stopniowo wzrasta od dna do wlotu, jak pokazano na rysunku 1-7, co wskazuje, że wlot cylindra ma duży stopień odkształcenia i duża ilość przenoszonego metalu. Ale ponieważ średnia grubość ciągnionej części jest prawie równa grubości półfabrykatu, można w przybliżeniu zignorować niewielką zmianę grubości, ponieważ powierzchnia małej jednostki pozostaje niezmieniona przed i po ciągnieniu, to znaczy A₁=A₂, wskazując, że pole powierzchni półfabrykatu i przedmiotu obrabianego jest równe przed i po ciągnięciu.

Ponadto, ze względu na różne stopnie odkształcenia i umocnienia przez zgniot półfabrykatów, twardość każdej części ścianki cylindra wzdłuż kierunku wysokości jest również inna, a twardość wlotu części jest wyższa, jak pokazano na rysunku 1 7.

Podsumowując, charakterystykę deformacji podczas głębokiego tłoczenia można podsumować w następujący sposób.

• Materiał pod stemplem w zasadzie nie odkształca się i po głębokim tłoczeniu staje się dnem cylindra. Odkształcenie koncentruje się głównie w obszarze płaskiego kołnierza na powierzchni matrycy (część pierścieniowa Dd), który jest głównym obszarem odkształcenia deformacji rysunkowej.
• Odkształcenie strefy odkształcenia jest nierównomierne. Jest ściskany i skracany w kierunku stycznym i rozciągany w kierunku promieniowym. Im bardziej trafia do ust, tym bardziej się ściska i rozciąga. Zwiększa się grubość prześcieradła przy ustach.

Stres i napięcie podczas głębokiego ciągnienia

Analizując naprężenia i odkształcenia blachy podczas proces rysowania, pomoże rozwiązać problemy procesowe w pracach rysunkowych i zapewni jakość produktu. W procesie głębokiego tłoczenia materiał ma różne stany naprężenia i odkształcenia w różnych częściach. Części cylindryczne to najprostsze i najbardziej typowe części głęboko tłoczone. Rysunek 1-8 przedstawia naprężenie i odkształcenie części cylindrycznej na pewnym etapie pierwszego rysunku z uchwytem półfabrykatu. Znaczenie każdego symbolu na rysunku jest następujące.

σ₁, ε₁— promieniowe naprężenie i odkształcenie;

σ₂, ε₂— naprężenia i odkształcenia w kierunku grubości;

σ₃, ε₃—naprężenia i odkształcenia w kierunku stycznym.

W zależności od różnych stanów naprężeń i odkształceń, ciągniony półfabrykat można podzielić na 5 obszarów: Strefa I to część kołnierzowa, która jest główną strefą deformacji proces rysowania; Strefa II to róg kostki, który jest strefą przejściową; Ⅲ Strefa to ściana cylindra, która pełni rolę nośnika siły; Strefa IV to zaokrąglona część stempla, która jest jednocześnie strefą przejściową; Strefa V to dno cylindra, które można uznać za pozbawione odkształceń plastycznych.

W miejscu nieco powyżej narożnika ścianki cylindra i dna naprężenie rozciągające σ₁ generowana jest stosunkowo duża, ponieważ powierzchnia przekroju do przenoszenia siły ciągnienia jest niewielka. Jednocześnie w tym miejscu jest mniej materiału do przetransportowania, przez co stopień odkształcenia materiału jest bardzo mały, utwardzenie przez zgniot jest mniejsze, a także wytrzymałość materiału jest mniejsza. W porównaniu z zaokrąglonymi rogami stempla nie ma większego oporu tarcia, jak w przypadku zaokrąglonych rogów stempla. Dlatego podczas procesu głębokiego tłoczenia, pocienienie jest najpoważniejsze na rogach ścianki cylindra i na dnie, które staje się najsłabszą częścią całej części. Ta sekcja jest zwykle nazywana „sekcją niebezpieczną”. Jeśli naprężenie σ₁ na niebezpiecznym odcinku przekroczy granicę wytrzymałości materiału, ciągniona część zostanie tam pęknięta. Nawet jeśli nie ma pęknięcia, materiał staje się zbyt cienki w miejscu z powodu nadmiernego naprężenia, tak że przedmiot obrabiany jest złomowany z powodu nadmiernej tolerancji.

Z powyższej analizy wynika, że głównymi problemami jakościowymi podczas głębokiego tłoczenia są zmarszczki w rejonie kołnierza płaskiego oraz pęknięcia w „części niebezpiecznej”.

Problemy w procesie głębokiego tłoczenia

Zmarszczka

Podczas głębokiego ciągnienia, ze względu na styczne naprężenie ściskające σ₃ materiału kołnierza, gdy to naprężenie ściskające osiągnie pewien poziom, kierunek styczny materiału arkusza zostanie wygięty w łuk z powodu niestabilności, która wytwarza fale w kierunku stycznym wokół kołnierza. Ciągłe zginanie kształtu nazywa się marszczeniem, jak pokazano na rysunku 1-9 (a). Gdy ciągniona część jest pomarszczona, materiał w strefie deformacji kołnierza lżejszego nadal może być wciągany do matrycy, ale spowoduje to zmarszczki na ujściu przedmiotu obrabianego, jak pokazano na rysunku 1-9 (b), co wpłynie na jakość obrabianego przedmiotu. Gdy marszczenie jest poważne, ciągniona część zostanie przerwana, ponieważ materiał kołnierza po marszczeniu nie może przejść przez szczelinę między matrycą wypukłą i wklęsłą, jak pokazano na rysunku 1-9 (c). Zmarszczki są jedną z głównych przyczyn marnotrawstwa w głębokim rysowaniu.

Czy zmarszczki podczas rysowania są związane z rozmiarem σ₃, a także do względnej grubości półfabrykatu t/D i σ₃ wiąże się ze stopniem odkształcenia rysunku. Gdy stopień odkształcenia każdego rysunku jest duży, a względna grubość t/D półwyrobu jest mała, będzie się on marszczył. Najskuteczniejszym środkiem zapobiegającym marszczeniu (i najczęściej stosowanym w produkcji) jest użycie pierścienia zaciskowego. Zmniejszenie stopnia odkształcenia ciągnienia i zwiększenie grubości wykroju może również zmniejszyć skłonność do marszczenia.

rwzrost

Marszczenie nie oznacza, że odkształcenie materiału arkuszowego osiągnęło granicę, ponieważ stopień odkształcenia można jeszcze poprawić po takich środkach, jak naciskanie pierścienia krawędziowego. Wraz ze wzrostem stopnia odkształcenia siła odkształcenia odpowiednio wzrasta. Gdy siła odkształcenia jest większa niż nośność niebezpiecznego odcinka, narysowana część zostanie zerwana, jak pokazano na rysunku 1-10. Dlatego nośność niebezpiecznego odcinka jest kluczem do ustalenia, czy głębokie tłoczenie może przebiegać płynnie.

Czy niebezpieczna sekcja jest uszkodzona podczas? głębokie rysowanie zależy od właściwości materiału, stopnia odkształcenia, promienia zaokrąglenia formy i warunków smarowania. W praktyce produkcyjnej do głębokiego ciągnienia zwykle stosuje się materiały o dużym wskaźniku utwardzania i małym współczynniku plastyczności, a środki takie jak odpowiednie zwiększenie promienia wypukłego i wklęsłego zaokrąglenia matrycy, zwiększenie liczby czasów ciągnienia i poprawa smarowania w celu uniknięcia występowanie pęknięć.

Hartowanie

Proces ciągnienia to proces, w którym półfabrykat ulega odkształceniu plastycznemu, któremu musi towarzyszyć umocnienie przez zgniot. Dlatego w porównaniu z półfabrykatem wzrosła twardość i wytrzymałość przedmiotu obrabianego uzyskanego po ciągnieniu, a plastyczność i wytrzymałość spadły. Poprzez test siatkowy można zauważyć, że odkształcenie półwyrobu w każdym obszarze podczas procesu ciągnienia jest nierównomierne, od małego obszaru odkształcenia na dole do głównego obszaru odkształcenia kołnierza wlotu cylindra, więc właściwości odkształcony materiał po ciągnieniu również jest nierówny. Rozkład twardości części ciągnionej stopniowo wzrasta od dna do wlotu, jak pokazano na Rysunku 1-7, a w pobliżu okrągłego narożnika stempla pojawia się niebezpieczny odcinek z najbardziej niewystarczającym utwardzeniem przez zgniot. Jest to przeciwieństwo wymagań procesowych. Z technologicznego punktu widzenia, aby zapobiec pękaniu podczas procesu wykrawania, utwardzenie dna części ciągnącej powinno być duże, a stwardnienie ustnika powinno być małe.

Ze względu na umocnienie przez zgniot części głęboko tłoczonych, jego wytrzymałość i sztywność są wyższe niż materiału półfabrykatu, co jest korzystne dla poprawy żywotności części głęboko tłoczonych. Jednakże, gdy rysunek jest projektowany wielokrotnie, plastyczność ciągnionej części jest zmniejszona, a półfabrykat jest trudny do odkształcenia podczas dalszego ciągnienia. Dlatego każdorazowo należy odpowiednio dobrać stopień odkształcenia i czy półfabrykat wymaga wyżarzania w celu przywrócenia jego plastyczności. Szczególnie w przypadku niektórych metali o dużej hartowności (stal nierdzewna, stal żaroodporna itp.) należy zwrócić większą uwagę. Na przykład stal nierdzewna 1Cr18Ni9Ti jest bardzo wrażliwa na utwardzanie na zimno przy odkształceniu plastycznym. Niewielki stopień odkształcenia spowoduje jego twardość i wytrzymałość. Wzrost jest oczywisty, więc często nie można wybrać tego typu wykroju do wielu głębokich rysunków.

Końcówki

Kiedy część cylindryczna jest rysowana, regularne nierówności na końcu ujścia wyciągniętej części nazywane są występem. Powodem występów jest anizotropia arkusza. W kierunku, w którym współczynnik kierunkowości grubości płyty jest niski, płyta staje się grubsza, a wysokość ścianki beczki jest mniejsza; w kierunku, w którym współczynnik kierunkowości grubości płyty jest wysoki, grubość płyty zmienia się nieznacznie, a wysokość ścianki beczki jest wyższa. Podczas głębokiego tłoczenia im większy współczynnik kierunkowości płaszczyzny płyty Δr, tym poważniejsze jest zjawisko wystawania.