Основы штамповки: глубокая вытяжка

Jul 31, 2023

Примечание редактора: это пятая статья в серии статей, описывающих основы проектирования и изготовления штамповочных штампов.

Волочение — это процесс формовки металла, при котором контролируется поток материала через пуансон или в полость. При глубокой вытяжке глубина изделия в два и более раза превышает его ширину или диаметр.

Глубокая вытяжка используется для геометрических форм готовых деталей, требующих большого количества форм или форм, таких как масляные фильтры, кастрюли и сковородки, чашки и миски. Обычно для этого процесса требуется полупроявленная заготовка, но детали определенных форм можно изготовить с использованием непроявленной заготовки.

В процессе волочения происходит некоторое растяжение металла, поскольку металл втягивается в полость за счет натяжения. Это может привести к растяжению и утончению металла, но также может привести к его утолщению, поскольку детали определенной геометрии, например чашки, вынуждают заготовку сжиматься вместе при втекании в матрицу.

Поток металла в полость и через пуансон контролируется тяговой подушкой или связующим. Это может ограничить движение металла, чтобы предотвратить образование складок при попадании материала в область штампа (см. Рисунок 1).

Во многих приложениях глубокой вытяжки используется инженерная концепция, называемая теорией коэффициента вытяжки. Коэффициент вытяжки представляет собой прямую зависимость между диаметром пуансона и размером заготовки. Если заготовка слишком велика по сравнению с пуансоном, между поверхностью штампа и связующим будет зажато слишком много материала. Избыточный материал между этими двумя поверхностями может вызвать сопротивление течению металла, что приведет к чрезмерному растяжению, утончению или потенциальному расколу металла.

Для иллюстрации представьте, что я попросил вас держаться за край листа бумаги, а затем попытался отобрать его у вас. Скорее всего, мне удастся вырвать его из твоих пальцев. Однако, если бы я попросил вас зажать тот же лист бумаги между вашими ладонями, бумага, скорее всего, порвалась бы, когда я попытаюсь протянуть его через ваши руки. Это связано с тем, что при использовании ладоней вы захватываете гораздо большую площадь поверхности, чем при захвате края пальцами.

Чтобы понять теорию коэффициента вытяжки, вы должны понимать основы течения металла. Одна из основных концепций заключается в том, что когда заготовка большого диаметра вынуждена течь в деталь меньшего диаметра, металл должен сжиматься. Сжимающее действие обычно называют сжатием. Если сжатие происходит по всему периметру сосуда, например чашки, это называется окружным сжатием. Сжатие, создаваемое радиусом углового профиля, называется радиальным сжатием. Ключевой момент, который следует помнить, — это то, что металл при сжатии имеет большое сопротивление течению (см. Рисунок 2).

Из-за этого сопротивления пуансон должен располагаться достаточно близко к краю заготовки, чтобы минимизировать площадь поверхности сжимаемого металла. Проще говоря, волочильный пуансон должен иметь приемлемый диаметр по отношению к диаметру заготовки. Это соотношение можно просто определить как предельный коэффициент вытяжки.

Если вытяжной пуансон находится слишком далеко от края заготовки, сжимаемый металл не будет течь, что может привести к растяжению и возможному расколу. Если заготовка находится достаточно близко к пуансону, металл сожмется и потечет внутрь, что приведет к ограниченному растяжению и утончению (см. Рисунок 3).

Для достижения очень высокой геометрии детали может потребоваться несколько операций рисования. Этот процесс называется сокращением вытяжки. Успешный процесс уменьшения вытяжки требует уделять очень пристальное внимание не только взаимосвязи между начальной заготовкой и пуансоном, но также взаимосвязям между каждой операцией вытяжки.