Глубокий рисунок - Deep drawing

Пример глубокой вытяжки

Глубокий рисунок это листовой металл формирование процесс, при котором заготовка из листового металла втягивается в радиальном направлении в формовочную матрицу под действием механического воздействия пуансона.^[1] Таким образом, это процесс преобразования формы с сохранением материала. Процесс вытяжки считается «глубоким», когда глубина нарисованной детали превышает ее диаметр. Это достигается путем перерисовки детали через ряд штампов. Область фланца (листовой металл в области уступа штампа) испытывает радиальное напряжение растяжения и касательное напряжение сжатия из-за свойства удержания материала. Эти сжимающие напряжения (кольцевые напряжения ) приводят к появлению складок фланца (морщин первого порядка). Морщины можно предотвратить, используя держатель для заготовок, функция которого заключается в облегчении контролируемого потока материала в радиусе матрицы.

Процесс

Общая нагрузка на волочение состоит из идеальной формовочной нагрузки и дополнительной составляющей для компенсации трения в контактирующих областях области фланца и изгибающих сил, а также изгибающих усилий на радиусе матрицы. Формовочная нагрузка передается от радиуса пуансона через стенку вытянутой детали в область деформации (фланец из листового металла). В стенке вытянутой детали, которая соприкасается с пуансоном, деформация кольца равна нулю, в результате чего плоская деформация состояние достигается. На самом деле в большинстве случаев состояние деформации лишь приблизительно плоское. Из-за растягивающих сил, действующих в стенке детали, утонение стенки заметно и приводит к неравномерной толщине стенки детали, так что толщина стенки детали самая низкая в точке, где стенка детали теряет контакт с пуансоном, то есть на радиусе пуансона. .

Толщина самой тонкой детали определяет максимальное напряжение, которое может быть передано в очаг деформации. Из-за постоянства объема материала фланец утолщается, что приводит к контакту держателя заготовки на внешней границе, а не на всей поверхности. Максимальное напряжение, которое может безопасно передаваться от пуансона к заготовке, устанавливает ограничение на максимальный размер заготовки (начальный диаметр заготовки в случае осесимметричных заготовок). Индикатор материала формуемость предельный коэффициент вытяжки (LDR), определяемый как отношение максимального диаметра заготовки, которая может быть безопасно втянут в чашку без фланца, к диаметру пуансона. Определение LDR для сложных компонентов затруднено, и поэтому деталь проверяется на наличие критических областей, для которых возможно приближение. Во время сильной глубокой вытяжки материал затвердевает, и может потребоваться отжиг деталей в сушильных шкафах с контролируемой атмосферой для восстановления первоначальной эластичности материала.

Коммерческое применение этого процесса формовки металла часто связано со сложной геометрией с прямыми сторонами и радиусами. В таком случае термин штамповка используется для того, чтобы различать компоненты глубокой вытяжки (радиальное растяжение-тангенциальное сжатие) и компоненты растяжения и изгиба (вдоль прямых сторон). Глубокая вытяжка всегда сопровождается другими методами формования в прессе. Эти другие методы формования включают:^[2]

• Заливка: Материал смещается для создания кольца большего или меньшего диаметра, превышающего исходный диаметр корпуса детали, что часто используется для создания седел уплотнительных колец.
• Нижняя пробивка: из вытянутой части вырезается круглая или фигурная часть металла.
• Выпуклость: в процессе выпучивания часть диаметра детали вынуждена выступать из окружающей геометрии.
• Чеканка: материал перемещается, чтобы сформировать определенные формы в детали. Обычно глубина чеканки не должна превышать 30% толщины материала.
• Завивка: металл раскатывается под фильерой для завивки, чтобы получить скрученный край.
• Экструзия: после пробивки пилотного отверстия через него проталкивается пуансон большего диаметра, в результате чего металл расширяется и увеличивается в длину.
• Глажка / утончение стен: глажение - это процесс уменьшения толщины стенок деталей. Обычно глубина глажки не должна превышать 30% толщины материала.
• Сужение: часть детали уменьшается в диаметре до меньшего, чем основной диаметр.
• Насечка: на открытом конце детали делается вырез. Эта выемка может быть круглой, квадратной или фигурной.
• Формование ребра: Формирование ребра включает создание выступающего внутрь или наружу ребра в процессе вытяжки.
• Боковая пробивка: в боковой стенке вытянутой детали пробиваются отверстия. Отверстия могут быть круглыми или иметь форму в соответствии со спецификациями.
• Штамп / маркировка: этот процесс обычно используется для обозначения детали, например, номера детали или идентификации поставщика.
• Заправка резьбы: с помощью колеса и оправки резьба формируется в деталь. Таким образом, на штамповочном прессе можно изготавливать детали с резьбой.
• Обрезка: в процессе обрезки лишний металл, необходимый для вытяжки детали, отрезается от готовой детали.

Часто компоненты частично вытягиваются глубокой вытяжкой, чтобы создать серию диаметров по всему компоненту (как на изображении линии глубокой вытяжки). Обычно этот процесс рассматривают как экономичную альтернативу точеным деталям, для которых требуется гораздо больше сырья.

Пример глубоко нарисованной линии

Последовательность компонентов глубокой вытяжки называется «линией глубокой вытяжки». Количество компонентов, образующих линию глубокой вытяжки, определяется количеством «станций», имеющихся в прессе. В случае механических прессов это определяется количеством кулачков на верхнем валу.

Для высокоточного массового производства всегда рекомендуется использовать трансферный пресс, также известный как пресс с проушиной. Преимущество этого типа пресса по сравнению с обычными прогрессивными прессами состоит в том, что детали перемещаются с одной матрицы на другую с помощью так называемых «пальцев». Пальцы не только перемещают детали, но и направляют компонент во время процесса. Это позволяет вытягивать детали на большую глубину с минимальными допусками.

Другие типы прессов:^[3]

• Пресс для переноса штампа: деталь перемещается через пальцы переноса по мере продвижения детали в процессе формования. Компоненты оснастки, прикрепленные к плитам штампа, позволяют установить штамп в пресс как одно целое.
• ICOP (пресс с индивидуальным кулачковым приводом): деталь перемещается через передаточные пальцы по мере продвижения детали в процессе формования. Компоненты штампа устанавливаются в пресс по очереди.
• Прогрессивный штамповочный пресс: деталь держится на стальной ленте в процессе формовки.

Вариации

Глубокая вытяжка классифицируется на общепринятый и нетрадиционный глубокий рисунок. Основная цель любого нетрадиционного процесса глубокой вытяжки - расширить пределы формуемости процесса. Некоторые из нетрадиционных процессов включают в себя глубокую гидромеханическую вытяжку, процесс гидроформовки, процесс Aquadraw, процесс Герена, процесс Marform и процесс глубокой гидравлической вытяжки и многие другие.

Например, процесс Marform работает по принципу техники формования резиновых подушек. Могут быть выполнены детали с глубоким углублением как с вертикальными, так и с наклонными стенками. В этом типе штамповки штамповочная оснастка использует резиновую подушку в качестве одной половины инструмента и твердую половину инструмента, аналогичную штампу в обычном штампе, для придания компоненту его окончательной формы. Плашки изготавливаются из литых легких сплавов, а резиновая прокладка в 1,5-2 раза толще, чем формируемая деталь. Для Marforming прессы простого действия оснащены подушками для штампов и держателями для заготовок. Заготовка удерживается на резиновой подушке с помощью держателя для заготовки, через который действует пуансон, как при обычной глубокой вытяжке. Это устройство двойного действия: сначала плунжер скользит вниз, затем перемещается держатель заготовки: эта особенность позволяет ему выполнять глубокие чертежи (30-40% поперечного размера) без складок.^{[4][5][6][7][8]}

Промышленное использование процессов глубокой вытяжки включает автомобильные кузова и конструктивные детали, компоненты самолетов, посуду и бытовую технику. Сложные детали обычно формуются с использованием прогрессивных штампов на одном формовочном прессе или с использованием линии пресса.

Материалы заготовки и требования к мощности

Более мягкие материалы намного легче деформировать, поэтому для их вытягивания требуется меньше усилий. Ниже приведена таблица, демонстрирующая соотношение силы вытяжки к процентному сокращению обычно используемых материалов.

Сила волочения, необходимая для различных материалов и обжатий [кН]^[9]

Материал	Процент снижения
	39%	43%	47%	50%
Алюминий	88	101	113	126
Латунь	117	134	151	168
Холоднокатаная сталь	127	145	163	181
Нержавеющая сталь	166	190	214	238

Инструментальные материалы

Пуансоны и матрицы обычно изготавливаются из инструментальная сталь, правда дешевле (но мягче) углеродистая сталь иногда используется в менее тяжелых приложениях. Также часто используются цементированные карбиды, которые обладают высокой износостойкостью и абразивной стойкостью.Легированные стали обычно используются для выталкивающей системы, которая выбрасывает деталь, и в прочных и термостойких держателях заготовок.^[10]

Смазка и охлаждение

Смазочные материалы используются для уменьшения трения между рабочим материалом и пуансоном и матрицей. Они также помогают снять деталь с пуансона. Некоторыми примерами смазочных материалов, используемых при волочении, являются эмульсии для тяжелых условий эксплуатации, фосфаты и др. белый свинец, и воск фильмы. Пластиковая пленка, покрывающая обе стороны детали при использовании смазки, оставляет деталь с тонкой поверхностью.

Смотрите также

• Анализ круговой сетки
• Диаграмма пределов формования
• Формование резиновой подушки
• Штамповка (металлообработка)

Рекомендации

1. DIN 8584-3
2. «Процесс глубокой вытяжки прецизионных металлических компонентов».
3. Trans-Matic Manufacturing Co. "Прессы глубокой вытяжки". Архивировано из оригинал 8 февраля 2014 г.. Получено 20 января 2014.
4. Тоттен, Фунатани и Се 2004, п. 30
5. Нараянан и др. 2006 г., п. 306
6. Wick & Veilleux 1984, стр. 5–78
7. Sala 2001
8. Мороввати, Моллаеи-Дариани и Асадиан-Ардакани, 2010 г., стр. 1738–1747
9. Тодд, Аллен и Элтинг, 1994 г., п. 288.
10. Тодд, Аллен и Элтинг, 1994 г.

Библиография

• Narayanan, S .; Кумар, К. Гокул; Редди, К. Джанардхан; Куппан, П. (2006), CAD / CAM Робототехника и заводы будущего: 22-я международная конференция, Alpha Science International Ltd., ISBN  978-81-7319-792-5
• Сала, Джузеппе (июнь 2001 г.), «Численный и экспериментальный подход к оптимизации технологий листовой штамповки: часть II - резиноформование алюминиевых сплавов», Материалы и дизайн, 22 (4): 299–315, Дои:10.1016 / S0261-3069 (00) 00088-1
• Мороввати, М.Р .; Mollaei-Dariani, B .; Асадиан-Ардакани, М. (2010), «Теоретическое, численное и экспериментальное исследование пластической складки круглого двухслойного листового металла при глубокой вытяжке», Журнал технологий обработки материалов, 210 (13): 1738–1747, Дои:10.1016 / j.jmatprotec.2010.06.004
• Тодд, Роберт; Аллен, Делл К .; Альтинг, Лео (1994), Справочное руководство по производственным процессам, Нью-Йорк: Industrial Press Inc., ISBN  978-0-8311-3049-7
• Тоттен, Джордж Э .; Фунатани, Киёси; Се, Линь (2004), Справочник по проектированию металлургических процессов, CRC Press, ISBN  978-0-8247-4106-8
• Вик, Чарльз; Вейле, Р. (1984), Справочник инженера-технолога: формование, 2, МСБ, ISBN  978-0-87263-135-9