Глубокая вытяжка — это процесс формовки листового металла , при котором листовая заготовка радиально втягивается в формовочную матрицу под действием механического пуансона. [1] Таким образом, это процесс преобразования формы с сохранением материала. Процесс считается «глубокой» вытяжкой, когда глубина вытягиваемой детали превышает ее диаметр. Это достигается путем перетягивания детали через ряд штампов.
Область фланца (листовой металл в области плеча матрицы) испытывает радиальное напряжение вытяжки и тангенциальное напряжение сжатия из-за свойства удержания материала. Эти напряжения сжатия ( кольцевые напряжения ) приводят к образованию складок фланца (складок первого порядка). Складки можно предотвратить, используя держатель заготовки, функция которого заключается в содействии контролируемому потоку материала в радиус матрицы. Прессы для глубокой вытяжки, особенно в аэрокосмической и медицинской промышленности, требуют непревзойденной точности и воспроизводимости. Листовые гидроформовочные прессы выполняют сложную работу по вытяжке. Размер станины, тоннаж, ход, скорость и многое другое можно адаптировать к вашему конкретному применению вытяжной формовки.
Общая нагрузка вытяжки состоит из идеальной нагрузки формования и дополнительного компонента для компенсации трения в контактных областях области фланца и сил изгиба, а также сил разгибания на радиусе матрицы. Нагрузка формования передается от радиуса пуансона через стенку вытянутой детали в область деформации (фланец из листового металла). В стенке вытянутой детали, которая находится в контакте с пуансоном, окружная деформация равна нулю, в результате чего достигается состояние плоской деформации . В действительности, в основном состояние деформации является лишь приблизительно плоским. Из-за растягивающих сил, действующих в стенке детали, утончение стенки становится заметным и приводит к неравномерной толщине стенки детали, так что толщина стенки детали является наименьшей в точке, где стенка детали теряет контакт с пуансоном, т. е. на радиусе пуансона.
Самая тонкая толщина детали определяет максимальное напряжение, которое может быть передано в зону деформации. Из-за постоянства объема материала фланец утолщается и приводит к контакту держателя заготовки на внешней границе, а не на всей поверхности. Максимальное напряжение, которое может быть безопасно передано от пуансона к заготовке, устанавливает предел максимального размера заготовки (начальный диаметр заготовки в случае вращательно-симметричных заготовок). Показателем формуемости материала является предельный коэффициент вытяжки (LDR), определяемый как отношение максимального диаметра заготовки, который может быть безопасно вытянут 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 интенсивной глубокой вытяжки материал упрочняется, и может потребоваться отжиг деталей в печах с контролируемой атмосферой для восстановления первоначальной эластичности материала.
Коммерческие применения этого процесса формовки металла часто включают сложные геометрии с прямыми сторонами и радиусами. В таком случае термин штамповка используется для того, чтобы различать компоненты глубокой вытяжки (радиальное растяжение-тангенциальное сжатие) и растяжения-сгиба (вдоль прямых сторон). Глубокая вытяжка всегда сопровождается другими методами формовки в прессе. Эти другие методы формовки включают: [2]
Часто компоненты частично подвергаются глубокой вытяжке, чтобы создать ряд диаметров по всему компоненту (как на изображении линии глубокой вытяжки). Обычно этот процесс рассматривают как экономичную альтернативу токарной обработке деталей, которая требует гораздо больше сырья.
Последовательность глубоко вытянутых компонентов 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 люверсами. Преимущество этого типа пресса по сравнению с обычными прогрессивными прессами заключается в том, что детали переносятся из одного штампа в другой с помощью так называемых «пальцев». Пальцы не только переносят детали, но и направляют компонент в ходе процесса. Это позволяет вытягивать детали на самые большие глубины с самыми жесткими допусками.
Другие типы прессов: [3]
Глубокая вытяжка подразделяется на обычную и нетрадиционную глубокую вытяжку. Основной целью любого нетрадиционного процесса глубокой вытяжки является расширение пределов формуемости процесса. Некоторые из нетрадиционных процессов включают гидромеханическую глубокую вытяжку, процесс Hydroform, процесс Aquadraw, процесс Guerin, процесс Marform и гидравлическую глубокую вытяжку, чтобы назвать несколько.
Процесс Marform, например, работает по принципу техники формовки резиновой прокладкой . Можно формировать глубоко утопленные детали с вертикальными или наклонными стенками. При этом типе формовки штамповая установка использует резиновую прокладку в качестве одной половины инструмента и сплошную половину инструмента, похожую на матрицу в обычном наборе штампов, чтобы придать компоненту его окончательную форму. Штампы изготавливаются из литых легких сплавов, а резиновая прокладка в 1,5-2 раза толще формируемой детали. Для Marforming прессы одностороннего действия оснащены подушками штампа и держателями заготовок. Заготовка удерживается на резиновой прокладке держателем заготовок, через который действует пуансон, как при обычной глубокой вытяжке. Это аппарат двойного действия: сначала ползун скользит вниз, затем перемещается держатель заготовок: эта особенность позволяет выполнять глубокую вытяжку (30-40% поперечного размера) без складок. [4] [5] [6] [7] [8]
Промышленное использование процессов глубокой вытяжки включает в себя кузовные и структурные детали автомобилей, компоненты самолетов, утварь и бытовую технику. Сложные детали обычно формируются с использованием прогрессивных штампов в одном формовочном прессе или с использованием прессовой линии.
Более мягкие материалы гораздо легче деформируются и поэтому требуют меньше усилий для вытягивания. Ниже приведена таблица, демонстрирующая силу вытягивания для процентного уменьшения обычно используемых материалов.
Пуансоны и матрицы обычно изготавливаются из инструментальной стали , однако более дешевая (но более мягкая) углеродистая сталь иногда используется в менее тяжелых условиях. Также часто можно увидеть цементированные карбиды, используемые там, где присутствует высокая износостойкость и абразивная стойкость. Легированные стали обычно используются для эжекторной системы, чтобы выталкивать деталь, и в прочных и жаропрочных держателях заготовок. [10]
Смазки используются для уменьшения трения между рабочим материалом и пуансоном и матрицей. Они также помогают извлекать деталь из пуансона. Некоторые примеры смазок, используемых в операциях вытяжки, — это сверхпрочные эмульсии, фосфаты, свинцовые белила и восковые пленки. Пластиковые пленки, покрывающие обе стороны детали при использовании со смазкой, оставят деталь с чистой поверхностью.
