Проблеми та рішення для штампування листового металу

Огляд змісту навчання

I. Поширені дефекти та причини порожніх деталей

II. Поширені дефекти та причини вигину деталей

III. Поширені дефекти та причини великих вигнутих деталей із глибокою-витяжкою

I. Поширені дефекти та причини порожніх деталей
Виготовлення — це процес штампування, який використовує штампи для відокремлення листового металу.

Загальні дефекти заготовлених деталей включають: задирки, викривлення поверхні та відхилення розмірів.

1. Задирки
Під час оброблення листового металу утворюються задирки різного ступеня. Як правило, їх важко уникнути, але підвищення технологічності деталі та поліпшення умов штампування можуть зменшити задирки.

Основні причини появи задирок наступні:

1.1 Оформлення
Надмірний, недостатній або нерівномірний зазор може спричинити задири. Наступні фактори можуть спричинити надмірний, недостатній або нерівномірний кліренс:

1. Помилки виготовлення матриці – обробка деталей матриці не відповідає кресленням, погана паралельність опорної плити тощо.

2. Помилки при складанні матриці – великий зазор у напрямній частині, невідповідність вузла пуансона та матриці тощо.

3. Погана точність преса – наприклад, надмірний зазор у направляючих рейок преса, погана паралельність між нижньою поверхнею ковзання та поверхнею робочого столу або погана перпендикулярність між ходом ковзання та поверхнею столу преса, погана жорсткість робочого столу, що призводить до відхилення під час штампування, усе це може спричинити зміни зазору;

4. Помилки встановлення – наприклад, неправильне очищення верхньої та нижньої пластин матриці під час монтажу, неправильні методи кріплення верхньої матриці великих матриць, зміщення верхньої та нижньої матриць (особливо матриць без напрямних стовпів), що спричиняє нахил робочої частини;

5. Непродумана конструкція матриці – недостатня жорсткість матриці та робочої частини, незбалансоване зусилля продавлювання тощо.

6. Надмірний вигин сталевої пластини – нерівна сталева пластина.

1.2 Тупа ріжуча кромка. Знос, затуплення або відколи ріжучої кромки можуть утворювати задирки. Фактори, що впливають на затуплення ріжучої кромки, включають:

1. Погана обробка матеріалу та поверхні штампа та матриці, що призводить до поганої зносостійкості;

2. Погана структура матриці та низька жорсткість, що спричиняє відколи;

3. Недостатнє мастило під час експлуатації, що призводить до швидкого зносу;

4. Несвоєчасне заточування ріжучої кромки.

1.3 Неналежні умови гасіння
Якщо заготовка (включаючи проміжні частини) погано контактує з пуансоном або матрицею, або під час обрізання та штампування з неправильною відносною висотою позиціонування, висота деталі може бути нижчою за відносну висоту позиціонування, внаслідок чого форма деталі не відповідає формі ріжучої кромки під час процесу штампування, що призводить до появи задирок.

1.4 Неправильна структура матриці

1.5 Матеріал не відповідає специфікаціям процесу
Товщина матеріалу, що--виходить за допустимі межі, або використання невідповідного матеріалу (наприклад, неправильної марки сталі) призводить до необґрунтованого відносного зазору, що призводить до появи задирків на деталі.

1.6 Погана технологічність деталі – складні форми з виступаючими або заглибленими гострими кутами схильні до утворення задирок через швидке зношування.

Резюме: задирки не тільки спричиняють концентрацію напруги та розтріскування в наступних процесах деформації після штампування, але також ускладнюють розшарування заготовки в наступних процесах. Великі задирки можуть легко порізати руки; під час зварювання погане з’єднання між двома сталевими пластинами може легко призвести до провару швів і слабких зварних швів; під час клепання вони можуть легко створити клепальні щілини або викликати клепальні тріщини.

Тому задирки, що перевищують допустимий діапазон, надзвичайно шкідливі. Існуючі задирки можна усунути шляхом напилювання, оброблення, електролізу, хімічної обробки тощо.

2. Викривлення та нерівності деталей Коли матеріал стикається з пуансоном і матрицею, він спочатку розтягується та згинається, а потім розривається та рветься. Завдяки ефектам витягування, згинання та бічної екструзії матеріал розгортається в хвилеподібну форму, що призводить до викривлення.

Причини викривлення наступні:

2.1 Великий зазор для штампування Якщо зазор занадто великий, сили розтягування та згинання деталі під час штампування будуть великими, що легко спричинить деформацію. Поліпшення можна досягти, використовуючи щільний пуансон і тримач заготовки під час заготовки, а також зберігаючи гостру ріжучу кромку.

2.2 Зворотний конус на отворі матриці: коли деталь проходить через невелику секцію, зовнішня периферія стискається до центру, викликаючи вигин.

2.3 Деформація через форму деталі: коли деталь має складну форму, сила зсуву навколо неї нерівномірна, що призводить до дії сили від периферії до центру, що спричиняє деформацію. Рішення полягає в збільшенні сили тримача заготовки.

2.4 Деформація через внутрішню напругу матеріалу: внутрішня напруга, що виникає під час прокатки та намотування матеріалу, переміщується на поверхню після заготовки, викликаючи деформацію. Рішення полягає в тому, щоб вирівняти матеріал за допомогою правильної машини під час розмотування.

2.5 Викривлення через масло, повітря та поганий контакт: коли масло, повітря чи інші речовини тиснуть на деталь між матрицею та деталлю або між самими частинами, виникне викривлення, особливо з тонкими або м’якими матеріалами. Однак навіть змазування маслом і встановлення вентиляційних отворів можуть усунути викривлення. Сміття на поверхні між деталлю та матрицею також може легко спричинити деформацію.

Погані контактні поверхні під час заготовки також можуть спричинити викривлення.

3. Дефекти точності розмірів

3.1 Виробничі дефекти розмірів різальної кромки матриці

3.2 Пружинний відкат під час штампування або невідповідність між формою деталі з попереднього процесу та формою опорної поверхні робочої частини матриці в наступному процесі, що спричиняє деформацію деталі під час штампування та пружне відновлення після штампування, таким чином впливаючи на точність розмірів.

3.3 Погана форма листа.

3.4 Для багато-процесних деталей неправильне регулювання або знос галтелів у попередньому процесі може порушити принцип рівного об’єму під час деформації, що призведе до зміни розмірів після заготовки.

3.5 Погане позиціонування під час роботи або погано розроблений механізм позиціонування може спричинити зміщення заготовки під час гасіння. Дефекти зрізаної частини (такі як ромбовидність або відсутність країв) також можуть спричинити неточне позиціонування, що може призвести до дефектів розмірів.

3.6 Неправильна послідовність штампування.

II. Поширені дефекти та причини вигину деталей
Поширені дефекти деталей, що згинаються, включають: невідповідність форми та розміру, тріщини на вигині, поверхневі подряпини, прогин і скручування.

1. Розбіжності у формі та розмірі
Основними причинами є відскок і неправильне положення. Крім вжиття заходів для зменшення пружності, вирішальним є також підвищення надійності позиціонування бланка. Зазвичай використовуються такі два заходи:

1.1 Натискання бланка
Використовуючи повітряні подушки, гуму або пружини для створення затискної сили, металевий лист міцно притискається перед початком згинання. Для цього висота викиду натискної пластини або натискної штанги має бути трохи вищою за площину матриці.

1.2 Надійні методи позиціонування
Основні методи позиціонування заготовок засновані на зовнішній формі та на основі отвору. Позиціонування зовнішньої форми зручно, але має низьку точність. Позиціонування отвору менш зручно і має більш вузький діапазон застосування, але воно точне і надійне. За певних умов початкове позиціонування за допомогою зовнішньої форми може приблизно контролювати заготовку в певному діапазоні, тоді як остаточне позиціонування за допомогою положень отворів поєднує в собі переваги обох методів, що забезпечує точне та зручне позиціонування.

2. Тріщини при вигині
Фактори, що впливають на утворення тріщин, багатогранні, до них в першу чергу відносяться:

2.1 Погана пластичність матеріалу.

2.2 Кут між лінією згину та напрямком прокатки аркуша не відповідає специфікаціям. Під час компонування, для односпрямованого V-згинання, лінія згинання має бути перпендикулярною до напрямку прокатки; для двостороннього згинання лінія згинання в ідеалі повинна бути під кутом 45 градусів до напрямку прокатки.

2.3 Недостатній радіус вигину.

2.4 Погана якість поперечного-прорізу-задирок, тріщин заготовки.

2.5 Зношений або недостатній зазор між радіусами фільєри пуансона та матриці-підвищений опір подачі.

2.6 Недостатнє змащення – Високе тертя

2.7 Значна--товщина матеріалу за-допуском – труднощі з подачею

2.8 Погана якість маринування

3. Поверхневі подряпини (подряпини)
Основними причинами подряпин на поверхні є неправильний вибір матеріалу для робочих частин прес-форми, низька твердість термічної обробки, знос і погана обробка поверхні кутів матриці, погана якість поверхні зігнутої заготовки (іржа, шрами тощо),--недопустима товщина матеріалу, необґрунтований вибір процесу та відсутність змащення.

4. Прогин і кручення

III. Поширені дефекти та причини великих вигнутих деталей із глибокою-витяжкою

1. Характеристики глибокого-витягування великих криволінійних деталей

1.1 Характеристики деформації
Характеристики деформації великих вигнутих частин: периферія глибоко-витягнута, тоді як усередині є випуклі компоненти. Форма поверхні доповнюється матеріалом поза утримувачем заготовки, тоді як внутрішня частина покладається на розширення матеріалу, щоб відповідати вимогам до опуклості. Одночасно через різну глибину протяжки та складну форму деформація розподіляється нерівномірно по периферії. Тому контролювати напрямок і швидкість потоку матеріалу надзвичайно важливо. Великі вигнуті частини схильні до локального зморщування та розтріскування.

1.2 Досить стабільне зусилля тримача заготовки. Великі деталі зігнутою поверхнею вимагають не лише певного зусилля витягування, але й достатньо стабільного зусилля тримача заготовки під час процесу витягування. Ці деталі часто є просторово вигнутими поверхнями з великими розмірами контуру та глибокою глибиною, що вимагає як великих зусиль деформації, так і зусиль утримувача заготовки. На звичайних пресах одинарної-дії з повітряними подушками сила тримача заготовки становить лише близько 1/6 номінальної потужності, а сила тримача заготовки також нестабільна, що ускладнює виконання вимог процесу таких деталей. Тому в масовому виробництві витягування таких деталей здійснюється на пресах подвійної-дії. Преси подвійної-дії мають два ковзани для витягування та зусилля тримача заготовки, а саме внутрішній і зовнішній. Зусилля тримача заготовки може досягати 40%-50% або більше від загальної сили витягування, що може відповідати вимогам нерівномірного розподілу деформації навколо деталі, а сила тримача заготовки є стабільною, що дозволяє легко отримувати витягнуті деталі з хорошою жорсткістю.

1.3 Деталі креслення повинні мати достатню жорсткість. Ці частини здебільшого використовуються як корпус обладнання, вимагаючи достатньої жорсткості (для запобігання вібрації та шуму під час використання) та стабільності розмірів (для забезпечення якості зварювання та складання). Це вимагає, щоб матеріал піддавався рівномірній напрузі розтягування (в ідеалі — двовісній напрузі розтягування) протягом усього процесу глибокого витягування, перевищуючи межу текучості, але нижчу межі міцності на розтяг, мінімізуючи пружне відновлення деталі, запобігаючи спотворенню форми та уникаючи поломки.

2. Загальні дефекти та аналіз причин
Поширені дефекти великих вигнутих деталей із глибоким-витягуванням включають: тріщини та злами, зморшки та складки, нечіткі краї, низьку жорсткість, поверхневі подряпини, шорсткість поверхні та лінії ковзання.

2.1 Тріщини та злами
Тріщини та злами в основному викликані напругою розтягування заготовки, що перевищує граничну міцність на розрив у певних місцях. Конкретні причини включають:

2.1.1 Ефективність штампування матеріалу не відповідає вимогам процесу.

2.1.2 Товщина листа перевищує допуск – коли товщина листа перевищує верхній допуск, ділянки з невеликими зазорами можуть застрягти під час подачі, ускладнюючи деформацію штампування, і матеріал може зламатися через труднощі при проходженні через матрицю в цьому місці. 2.1.3 Коли товщина листового металу перевищує нижній допуск, матеріал стає тоншим, збільшуючи напругу стиску на одиницю площі поперечного-перерізу. Крім того, через більш тонкий матеріал опір зменшується, що призводить до надлишку листового металу, що стікає в матрицю та спричиняє утворення зморшок. У цьому випадку матеріал важко тече і може порватися.

2.1.3 Погана якість поверхні матеріалу – подряпини викликають концентрацію напруги, а підвищена корозія підвищує стійкість.

2.1.4 Надмірний опір подачі на поверхні тримача заготовки – велика форма заготовки, малий зазор канавки тримача заготовки, надто малий радіус кута матриці, надмірно глибоке регулювання зовнішнього ковзання, надмірно високі ребра витяжки та погана обробка поверхні поверхні тримача заготовки та радіус кута матриці.

2.1.5 Надмірна локальна глибина витяжки, що перевищує межу деформації матеріалу.

2.1.6 Під час роботи зміщення заготовки може призвести до того, що одна сторона матиме надмірну вагу заготовки, а інша сторона матиме недостатню вагу заготовки. Сторона з надмірною вагою буде мати труднощі з подачею, викликаючи тріщини; сторона з недостатньою вагою матиме надмірну подачу пустої ваги, легко спричиняючи зморшки, які потім ускладнять подачу та призведуть до поломки.

2.1.7 Недотримання мастила відповідно до специфікацій процесу збільшує опір, викликаючи труднощі з подачею та розтріскування.

2.1.8 Неправильне встановлення матриці або низька точність преса спричиняє невідповідність зазору, що призводить до нерівномірного опору подачі.

2.2 Зморшки та складки
Зморшки в основному спричинені нестабільністю через локальний тиск на заготовку та нерівномірний потік матеріалу, що призводить до локального накопичення матеріалу. Зокрема, розглядаються такі аспекти:

2.2.1 Погана обробка деталі штампуванням, неправильне визначення напрямку штампування та форми тримача заготовки, що ускладнює контроль швидкості потоку матеріалу та спричиняє зморшки.

2.2.2 Недостатній опір подачі на поверхні тримача заготовки призводить до надмірної подачі та зморщування. Це можна вирішити, відрегулювавши зовнішній тиск на ковзання або змінивши локальну форму витягнутої заготовки, щоб збільшити площу тримача заготовки, або додавши ребра витягування, щоб збільшити опір подачі.

2.2.3 Поганий контакт на поверхні тримача заготовки, у важких випадках призводить до нещільної внутрішньої поверхні та щільної зовнішньої поверхні. Після того, як матеріал проходить через щільну зовнішню зону, тримач заготовки втрачає свою затискну функцію, викликаючи надмірну подачу та зморшки. На цьому етапі поверхню порожнього тримача потрібно повторно -відшліфувати, щоб забезпечити повний контакт, дозволяючи невелику щільність зсередини та ослаблення зовні.

2.2.4 Надмірне змащення.

2.2.5 Неправильне регулювання зовнішнього блоку ковзання, що спричиняє нахил, що призводить до нерівномірного тиску на поверхню тримача заготовки, а на нещільних ділянках легко з’являються складки.

2.3 Нечіткі краї Ззовні деталі повинні мати чіткі краї. Якщо тиск преса недостатній під час глибокої витяжки, не буде достатнього тиску, щоб утримувати матеріал на місці в кінці процесу деформації, що призведе до нечітких країв. Крім того, погане напрямок матриці, нерівний зазор між робочими частинами, неправильне встановлення пуансона та матриці (нахил) і погана паралельність преса також можуть спричинити нечіткі краї.

2.4 Низька жорсткість Окрім поганої технологічності деталей, основною причиною поганої жорсткості є недостатній опір подачі на поверхні тримача заготовки, що призводить до недостатньої пластичної деформації матеріалу. У цьому випадку подумайте про додавання витягувальних намистин або заміну круглих витяжних намистин на скошені витяжні намиста, щоб збільшити стійкість до подачі. Ось чому деталі, витягувані пресом одно-дії, мають меншу жорсткість, ніж ті, що витягуються пресом-подвійної дії.

2.5 Подряпини на поверхні (сліди малюнків)
Подряпини на поверхні зазвичай викликані наступним: недостатня гладкість кутів матриці, що дряпає матеріал під час витягування та може спричинити прилипання матеріалу до матриці, утворюючи подряпини; бруд, що потрапив у матрицю, або нечисте волочильне масло також можуть подряпати поверхню деталі; якщо тримач заготовки складається зі вставок, погане з’єднання вставок також може спричинити подряпини; якщо технологічний наповнювач занадто малий, подряпини, що проходять через отвір матриці, не зрізаються.

2.6 Шорсткість поверхні та лінії ковзання
Шорсткість поверхні спричинена надмірно великим розміром зерна самого матеріалу.