Штампы глубокой вытяжки: прецизионная штамповка металла для полых деталей

Контролируемый материальный поток: основной принцип

Достижение успеха при изготовлении детали глубокой вытяжки зависит от одного принципа: контролируемого потока материала. Когда плоская заготовка вытягивается в полую форму, металл должен течь пластично, не разрываясь и не складываясь. Отраслевые тесты показывают, что поддержание усилия держателя заготовки между В 1,5 и 2,5 раза превышает предел текучести материала. и установка зазора матрицы В 1,1–1,3 раза больше толщины листа предотвращает наиболее распространенные дефекты. В этой статье рассматриваются механизмы, процессы и структурные конструкции, лежащие в основе штампы для глубокой вытяжки .

Как штампы для глубокой вытяжки позволяют уменьшить форму без потери толщины

Глубокая вытяжка принципиально преобразует плоскую заготовку в полую деталь за счет уменьшения диаметра при сохранении толщины стенки, близкой к исходному листу. Материал в области фланца подвергается радиальному растяжению и окружному сжимающему напряжению, вызывая пластическое течение в полость матрицы. Хорошо спроектированный процесс удерживает изменения толщины в пределах ±10% первоначального калибра, обеспечивая структурную целостность.

Критические параметры процесса: усилие держателя заготовки и зазор матрицы

На качество глубокой вытяжки влияют два параметра: усилие держателя заготовки (BHF) и зазор матрицы. BHF подавляет образование складок на фланце; недостаточная сила приводит к образованию складок, а чрезмерная сила увеличивает растягивающее напряжение и вызывает раскалывание. Зазор матрицы обеспечивает место для вытянутой стенки — слишком плотный увеличивает трение и разрыв, слишком свободный снижает точность размеров.

Корректировка этих значений на основе волочимости материала и геометрии детали имеет решающее значение. Например, для высокопрочных сталей может потребоваться до 30% выше BHF для контроля пружинения, сохраняя при этом зазор на верхней границе во избежание истирания.

Усовершенствованные процессы глубокой вытяжки

Первоначальный глубокий рисунок

Первый розыгрыш превращает заготовку в чашку. Радиус вершины пуансона и радиус входа матрицы оптимизированы для облегчения потока; типичные соотношения варьируются от От 4 до 10 раз больше толщины листа . Многоэтапная начальная вытяжка характерна для глубоких деталей, таких как корпуса огнетушителей.

Утончение, глубокая вытяжка

Этот процесс намеренно уменьшает толщину стенки за счет контроля меньшего зазора, чем толщина листа, что улучшает соотношение прочности и веса. Используется для аэрозольных баллончиков, у которых толщину стенок можно уменьшить путем 30–40% через ряд гладильных колец.

Обратный глубокий рисунок

При обратном рисовании заранее нарисованная чашка переворачивается и рисуется в противоположном направлении. Этот метод уплотняет структуру зерен и идеально подходит для симметричных компонентов, таких как контейнеры с двойными стенками, сокращая количество промежуточных отжигов.

Структурные конструкции штампов, адаптированные к этапам формовки

Архитектура штампа глубокой вытяжки напрямую влияет на поток материала и качество детали. Три представительных дизайна отвечают различным техническим требованиям.

Перевернутая матрица для первоначальной глубокой вытяжки

В этой конструкции пуансон крепится на нижнем башмаке, а держатель заготовки — на верхнем, используя систему подушек пресса для приложения контролируемого давления. Такая установка упрощает подачу и выброс заготовок, часто сокращая время цикла 15–25 ударов в минуту для автомобильных панелей среднего размера.

Пустой штамп для обратной глубокой вытяжки без держателя

Подходит для деталей с низким профилем. Эта матрица не требует держателя заготовки и использует волочильный валик и геометрию матрицы для фиксации фланца. Это снижает стоимость оснастки и часто используется для неглубоких раковин и корпусов, где степень вытяжки меньше 1.4 .

Утончающая матрица для глубокой вытяжки с двойной матрицей

Благодаря двум последовательным гладильным кольцам за один ход эта матрица обеспечивает значительное уменьшение толщины стенки без промежуточной обработки. Это стандарт при производстве банок для напитков, обеспечивающий допуск по толщине ±0,005 мм после глажки.

Увеличение срока службы штампа за счет обработки поверхностей и смазки

Матрицы глубокой вытяжки выдерживают высокое контактное давление и трение скольжения. Обработка поверхности и правильная смазка значительно увеличивают интервалы обслуживания. Общие стратегии включают в себя:

• Полировка поверхностей штампов до шероховатости Ra 0,1 мкм или ниже уменьшает трение и налипание материала.
• Покрытия методом физического осаждения из паровой фазы (PVD), такие как TiN или CrN, повышают твердость поверхности до более 2000 ВН и может продлить жизнь за счет 3–5 раз по сравнению с инструментами без покрытия.
• Покрытия из алмазоподобного углерода (DLC) обеспечивают низкий коэффициент трения ( ≤0,1 ) для волочения алюминия и нержавеющей стали, сводя к минимуму истирание.
• Высокоэффективные волочильные смазочные материалы с противозадирными присадками создают прочную пленку под 200–400 МПа давление на границе раздела, типичное для глубокой вытяжки.

Устранение складок и трещин

Два основных дефекта — сморщивание и растрескивание — возникают из-за неправильной настройки параметров или износа инструмента. В приведенном ниже списке соотносятся симптомы, основные причины и корректирующие действия.

• Сморщивание фланца или стенки: Часто из-за недостаточного усилия держателя заготовки или слишком большого зазора. Увеличьте BHF до 1,8–2,5× предел текучести и убедитесь, что зазор матрицы находится в пределах 1,1–1,2× толщины.
• Донное растрескивание (перелом у носика пуансона): Чрезмерная BHF, малый радиус пуансона или плохая смазка. Уменьшите BHF, отполируйте радиус пуансона до ≥6× толщина и нанесите высоковязкую смазку.
• Раскол у стены: Вызвано включениями материала, недостаточным зазором матрицы или износом волочильных валиков. Увеличьте зазор, проверьте качество заготовки и замените изношенные борта.
• Колошение: Вызвано планарной анизотропией; управление путем поворота ориентации заготовки или небольшого увеличения коэффициента вытяжки. Ограничение поступлений до уровня менее 2% достижимо с оптимизированными текстурами.

Применение: от топливных баков до эмалированных бассейнов.

Штампы глубокой вытяжки позволяют производить детали, требующие бесшовной полой геометрии с постоянной толщиной стенок. Автомобильные топливные баки обычно изготавливаются методом глубокой вытяжки из алюминизированной стали в несколько этапов, при этом достигается соотношение глубины к диаметру. до 2:1 без разделения. Кухонные мойки и эмалированные раковины используют одинарную или обратную вытяжку, чтобы создать плавные радиусы и избежать концентрации напряжений. Другие примеры включают в себя:

• Аэрозольные баллоны (разбавление глубокой вытяжки)
• Корпуса огнетушителей (многоэтапный первоначальный чертеж)
• Посуда из нержавеющей стали (без держателей или гидравлическая формовка)
• Корпуса электрических разъемов (микроглубокая вытяжка с толщиной фольги)

Выбор конструкции штампа и последовательности технологического процесса адаптирован к объему производства, марке материала и геометрической сложности, что обеспечивает рентабельность и высокое качество продукции.