Ultimativer Leitfaden zum Tiefziehen von zylindrischen Teilen mit Punch

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Tiefziehen bezieht sich auf ein Stanzverarbeitungsverfahren, das eine Matrize verwendet, um einen flachen Rohling in ein offenes hohles Teil zu stanzen oder die Form und Größe des offenen hohlen Teils weiter zu ändern. Das Tiefziehverfahren wird häufig in der Produktion verschiedener Industriezweige wie Automobile, Traktoren, Instrumente, Elektronik, Luft- und Raumfahrt und des täglichen Bedarfs eingesetzt. Es ist eines der grundlegenden Verfahren des Kaltprägens. Sie kann nicht nur rotierende Teile bearbeiten, sondern auch Kastenformen bearbeiten. Teile und andere dünnwandige Teile mit komplexen Formen sind in Abbildung 1-1 und Abbildung 1-2 dargestellt.

Die Zeichnungsprozess wird nach der Form des Rohlings unterteilt: Das Umformverfahren aus einem flachen Rohling in ein offenes Hohlteil mit Boden wird als flaches (erstes) Ziehen bezeichnet; das Umformen von einem Hohlteil mit großem Durchmesser zu einem Hohlteil mit kleinem Durchmesser Das Verfahren nennt man jeweils nachträgliches Tiefziehen. Der Ziehprozess wird nach Wanddickenänderung unterteilt: Der Ziehprozess, bei dem sich die Wanddicke des Teils nach dem Ziehen im Vergleich zur Dicke des Rohlings nicht wesentlich ändert, wird als konstantes Ausdünnungsziehen bezeichnet; Die Wandstärke des Teils nach dem Ziehen entspricht der Dicke des Rohlings. Der deutlich dünnere Ziehvorgang wird Ausdünnungsziehen genannt. Das Nicht-Dünnziehverfahren ist in der Produktion weit verbreitet. Dieses Projekt konzentriert sich auf seine Prozessanalyse und Werkzeugkonstruktion.

Dieses Projekt nimmt die Ziehsteinkonstruktion des zylindrischen Teils gemäß Bild 1-3 als Träger und schult die Leser umfassend, um den Ziehprozess und die Vorkenntnisse zur Ziehsteinkonstruktion zu bestimmen.

Teilename: zylindrisches Teil.

Produktionscharge: mittlere Charge.

Material: 08F-Stahl.

Dicke: 1,0 mm.

Teilezeichnung: wie in Abbildung 1-3 gezeigt.

Zeichnung Verformungsprozess und Eigenschaften

Abbildung 1-4 zeigt den Ziehprozess von zylindrischen Teilen. Ein runder flacher Rohling mit einem Durchmesser von D und einer Dicke von t wird durch ein Ziehwerkzeug tiefgezogen, um ein einfaches kreisförmiges Teil mit offener gerader Wand und einem Innendurchmesser von d und einer Höhe von h zu erhalten, und h> (Dd) /2.

Welche Art von plastischem Fließen erzeugt die runde, flache Platine unter der Wirkung des Werkzeugs, um ein offenes Hohlteil zu erzeugen? Der Materialübergang der flachen Platine beim Tiefziehen ist in Bild 1-5 dargestellt. Wenn die Form nicht verwendet wird, entfernen Sie einfach den dreieckigen schraffierten Teil in Abbildung 1-5, biegen Sie dann den verbleibenden Teil des schmalen Streifens entlang des Umfangs des Durchmessers d und schweißen Sie ihn, um den Durchmesser d und die Höhe h=( Dd)/ 2. Ein offener zylindrischer Teil mit einer Schweißnaht am Umfang und einer gewellten Mündung. Dies zeigt, dass das „überschüssige Material“ entfernt werden muss, wenn aus dem runden flachen Rohling ein zylindrisches Teil wird. Der runde flache Rohling entfernte jedoch das überschüssige Material während des Tiefziehvorgangs nicht, und die Höhe des durch das Tiefziehen erhaltenen Werkstücks war größer als h, und die Wanddicke des Werkstücks nahm zu. Daher kann das Material im schattierten Dreiecksteil nur als redundantes Material betrachtet werden. Unter der Aktion traten Fluss und Übertragung auf.

Analysieren des Materialtransfers während Tiefziehen durch den Gittertest kann den Metallfluss während des Tiefziehens weiter veranschaulichen, wie in Abbildung 1-6 gezeigt.

Zeichnen Sie vor dem Tiefziehen ein Raster aus konzentrischen Kreisen mit gleichen Abständen und gleichgeteilten radialen Linien auf die runde, flache Platine. Nach Tiefziehen, können Sie sehen, dass sich die Gitter in verschiedenen Bereichen unterschiedlich stark verändert haben. Im Folgenden wird der Metallfluss während des Ziehvorgangs durch die Änderungen des Gitters analysiert.

• Das Bodengitter des zylindrischen Teils behält im Wesentlichen seine ursprüngliche Form bei, was darauf hinweist, dass das Metall am Boden des Stempels keinen offensichtlichen Fluss aufweist.
• Konzentrische Kreise mit ungleichen tangentialen Durchmessern werden auf der Zylinderwand in parallele Kreise mit gleichem Umfang umgewandelt. Der Abstand nimmt zu, und je näher der obere Teil des Zylinders zunimmt, a1> a2> a3>…> a, was darauf hinweist, dass die radiale Dehnung des Metalls eine Zugdehnung ist und der radiale Fluss des Metalls näher am äußeren Kreis größer ist.
• Konzentrische radiale Linien gleicher Teilung in radialer Richtung werden in parallele vertikale Linien auf der Zylinderwand umgewandelt, und die vertikalen Linien sind mit b gleich beabstandet. Es zeigt, dass die tangentiale Spannung eine Druckspannung ist, und je näher das Metall am äußeren Kreis ist, desto größer ist der tangentiale Fluss.
• Wie in Abbildung 1-6 (b) gezeigt, wenn Sie eine Einheit aus dem Raster nehmen, wird es vor dem Tiefziehen ein fächerförmiges Raster mit einer Fläche von A1 sein. Nach dem Tiefziehen wird es ein rechteckiges Gitter mit einer Fläche von A2, was einem keilförmigen Schlitz entspricht, der das Sektorgitter auf die gleiche Weise durchzieht. Unter Einwirkung von tangentialer Druckspannung und radialer Zugspannung erzeugt das Metall eine radiale Dehnungsverformung und eine tangentiale Druckverformung, um ein rechteckiges Gitter zu bilden.
• Gemäß der Messung ist die Bodendicke etwas kleiner (im Allgemeinen ignoriert), und die Dicke der Zylinderwand nimmt vom Boden bis zur Mündung allmählich zu, wie in Abbildung 1-7 gezeigt, was darauf hinweist, dass die Mündung des Zylinders a hat großer Verformungsgrad und eine große Menge an übertragenem Metall. Da die durchschnittliche Dicke des gezogenen Teils jedoch fast gleich der Dicke des Rohlings ist, kann die geringfügige Dickenänderung ignoriert werden, da die Fläche der kleinen Einheit vor und nach dem Ziehen unverändert bleibt, d.h. A₁=A₂, was anzeigt, dass die Oberfläche des Rohlings und des Werkstücks vor und nach dem Ziehen gleich ist.

Darüber hinaus ist aufgrund der unterschiedlichen Verformungs- und Kaltverfestigungsgrade der Rohlinge auch die Härte jedes Teils der Zylinderwand entlang der Höhenrichtung unterschiedlich, und die Härte der Teilmündung ist höher, wie in Abbildung 1 gezeigt. 7.

Zusammenfassend lässt sich das Verformungsverhalten beim Tiefziehen wie folgt zusammenfassen.

• Das Material unter dem Stempel wird grundsätzlich nicht verformt und wird nach dem Tiefziehen zum Boden des Zylinders. Die Verformung konzentriert sich hauptsächlich auf den flachen Flanschbereich auf der Oberfläche der Matrize (der Ringteil von Dd), der der Hauptverformungsbereich der Ziehverformung ist.
• Die Verformung der Verformungszone ist ungleichmäßig. Es wird in tangentialer Richtung gestaucht und verkürzt und in radialer Richtung gedehnt. Je mehr es zum Mund geht, desto mehr komprimiert und dehnt es sich. Die Dicke des Blattes am Mund wird erhöht.

Beanspruchung und Beanspruchung beim Tiefziehen

Durch die Analyse der Spannung und Dehnung des Blechs während der Zeichnungsprozess, es hilft, die Prozessprobleme in der Zeichenarbeit zu lösen und die Produktqualität sicherzustellen. Beim Tiefziehprozess weist das Material an verschiedenen Stellen unterschiedliche Spannungs- und Dehnungszustände auf. Zylindrische Teile sind die einfachsten und typischsten Tiefziehteile. Abbildung 1-8 zeigt die Spannung und Dehnung eines zylindrischen Teils in einem bestimmten Stadium des ersten Ziehens mit einem Blechhalter. Die Bedeutung jedes Symbols in der Abbildung ist wie folgt.

σ₁, ε₁—die Radialspannung und -dehnung;

σ₂, ε₂– Spannung und Dehnung in Dickenrichtung;

σ₃, ε₃—Spannung und Dehnung in tangentialer Richtung.

Entsprechend den unterschiedlichen Beanspruchungs- und Dehnungszuständen kann die gezogene Platine in 5 Bereiche eingeteilt werden: Zone I ist der Flanschteil, der die Hauptverformungszone des Zeichnungsprozess; Zone II ist die Ecke des Würfels, die eine Übergangszone ist; Ⅲ Zone ist der Wandteil des Zylinders, der die Rolle der Kraftübertragung spielt; Zone IV ist der abgerundete Teil des Stempels, der auch eine Übergangszone ist; Zone V ist der Boden des Zylinders, der als ohne plastische Verformung angesehen werden kann.

An der Stelle etwas oberhalb der Ecke der Zylinderwand und des Bodens ist die Zugspannung σ₁ relativ groß, da die Querschnittsfläche zur Übertragung der Ziehkraft klein ist. Gleichzeitig muss an dieser Stelle weniger Material übertragen werden, sodass der Verformungsgrad des Materials sehr gering ist, die Kaltverfestigung geringer ist und auch die Festigkeit des Materials geringer ist. Im Vergleich zu den abgerundeten Ecken des Stempels gibt es keinen größeren Reibungswiderstand wie bei den abgerundeten Ecken des Stempels. Daher ist die Verdünnung während des Tiefziehvorgangs an den Ecken der Zylinderwand und am Boden am schwerwiegendsten, die zum schwächsten Teil des gesamten Teils werden. Dieser Abschnitt wird normalerweise als „gefährlicher Abschnitt“ bezeichnet. Wenn die Spannung σ₁ an der gefährlichen Stelle die Festigkeitsgrenze des Materials überschreitet, wird das Ziehteil dort gerissen. Selbst wenn kein Riss vorhanden ist, wird das Material an der Stelle aufgrund der übermäßigen Spannung zu dünn, so dass das Werkstück aufgrund der Übertoleranz verschrottet wird.

Aus obiger Analyse ist ersichtlich, dass die wesentlichen Qualitätsprobleme beim Tiefziehen Falten im Planflanschbereich und Risse im „gefährlichen Bereich“ sind.

Probleme im Tiefziehprozess

Falten

Beim Tiefziehen aufgrund der tangentialen Druckspannung σ₃ des Flanschmaterials, wenn diese Druckspannung ein bestimmtes Niveau erreicht, wird die tangentiale Richtung des Blechmaterials aufgrund der Instabilität gewölbt, was Wellen in der tangentialen Richtung um den Flansch herum erzeugt. Das kontinuierliche Biegen der Form wird Faltenbildung genannt, wie in Abbildung 1-9 (a) gezeigt. Wenn das gezogene Teil zerknittert ist, kann das Material in der Flanschverformungszone des leichteren noch in die Matrize gezogen werden, aber es verursacht Wellen an der Mündung des Werkstücks, wie in Abbildung 1-9 (b) gezeigt beeinträchtigt die Qualität des Werkstücks. Wenn die Faltenbildung stark ist, wird das gezogene Teil brechen, da das Flanschmaterial nach der Faltenbildung nicht durch den Spalt zwischen den konvexen und konkaven Stempeln passieren kann, wie in Abbildung 1-9 (c) gezeigt. Falten sind eine der Hauptursachen für Ausschuss beim Tiefziehen.

Ob Falten während des Zeichnens mit der Größe von σ zusammenhängen₃, und auch auf die relative Dicke des Rohlings t/D und σ₃ hängt mit dem Verformungsgrad der Zeichnung zusammen. Wenn der Verformungsgrad jeder Ziehung groß und die relative Dicke t/D des Rohlings klein ist, wird er knittern. Die effektivste Maßnahme zur Vermeidung von Faltenbildung (und die am häufigsten in der Produktion verwendete) ist die Verwendung eines Bördelrings. Durch die Verringerung des Ziehverformungsgrades und die Erhöhung der Rohlingsdicke kann auch die Faltenneigung verringert werden.

RAufstand

Faltenbildung bedeutet nicht, dass die Verformung des Blechmaterials die Grenze erreicht hat, da der Verformungsgrad durch Maßnahmen, wie zB Druckbeaufschlagung des Randringes, noch verbessert werden kann. Mit zunehmendem Verformungsgrad steigt die Verformungskraft entsprechend an. Wenn die Verformungskraft größer als die Tragfähigkeit des gefährlichen Abschnitts ist, bricht das gezogene Teil, wie in Abbildung 1-10 gezeigt. Daher ist die Tragfähigkeit des gefährlichen Abschnitts der Schlüssel dafür, ob das Tiefziehen reibungslos ablaufen kann.

Ob der gefährliche Abschnitt während gebrochen wird Tiefziehen hängt von den Materialeigenschaften, dem Umformgrad, dem Kehlradius der Form und den Schmierbedingungen ab. In der Produktionspraxis werden üblicherweise Materialien mit einem großen Härteindex und einem kleinen Streckgrenzenverhältnis zum Tiefziehen verwendet, und Maßnahmen wie das geeignete Erhöhen des Ziehradius der konvexen und konkaven Ziehdüse, das Erhöhen der Anzahl der Ziehvorgänge und das Verbessern der Schmierung, um das zu vermeiden Auftreten von Rissen.

Härten

Der Ziehprozess ist ein Prozess, bei dem der Rohling einer plastischen Verformung unterzogen wird, die mit einer Kaltverfestigung einhergehen muss. Daher haben sich im Vergleich zum Rohling die Härte und Festigkeit des nach dem Ziehen erhaltenen Werkstücks erhöht, und die Plastizität und Zähigkeit haben abgenommen. Durch den Rastertest ist ersichtlich, dass die Verformung des Rohlings in jedem Bereich während des Ziehvorgangs ungleichmäßig ist, vom kleinen Verformungsbereich am Boden bis zum Hauptverformungsbereich des Flansches der Zylindermündung, also die Eigenschaften von Das verformte Material nach dem Ziehen ist ebenfalls ungleichmäßig. Die Verteilung der Härte des gezogenen Teils nimmt allmählich von unten zur Mündung hin zu, wie in Abbildung 1-7 gezeigt, und ein gefährlicher Abschnitt mit der unzureichendsten Kaltverfestigung erscheint in der Nähe der runden Ecke des Stempels. Dies ist genau das Gegenteil der Prozessanforderungen. Aus verfahrenstechnischer Sicht sollte zur Vermeidung von Rissen während des Stanzvorgangs die Härtung des Bodens des Ziehteils groß und die Härtung der Mündung klein sein.

Aufgrund der Kaltverfestigung der Tiefziehteile ist ihre Festigkeit und Steifigkeit höher als die des Rohlings, was der Standzeit der Tiefziehteile zugute kommt. Bei einer mehrfachen Auslegung des Ziehvorgangs verringert sich jedoch die Plastizität des Ziehteils und der Halbzeugrohling lässt sich beim Weiterziehen nur schwer verformen. Daher sollte der Umformgrad jeweils richtig gewählt werden und ob das Halbzeug zur Wiederherstellung seiner Plastizität geglüht werden muss. Besonders bei einigen Metallen mit starker Härtbarkeit (Edelstahl, hitzebeständiger Stahl etc.) sollten Sie mehr Aufmerksamkeit schenken. Beispielsweise ist Edelstahl 1Cr18Ni9Ti sehr empfindlich gegen Kaltverfestigung bei plastischer Verformung. Ein geringer Grad an Verformung bewirkt seine Härte und Festigkeit. Die Steigerung ist offensichtlich, daher ist es oft unmöglich, diesen Rohlingstyp für mehrere Tiefzüge zu wählen.

Lugs

Beim Ziehen des zylindrischen Teils wird die regelmäßige Unebenheit am Mündungsende des gezogenen Teils als Nase bezeichnet. Der Grund für die Nasen ist die Anisotropie des Blechs. In der Richtung, in der der Richtkoeffizient der Plattendicke niedrig ist, wird die Platte dicker und die Höhe der Trommelwand ist geringer; in der Richtung, in der der Richtkoeffizient der Plattendicke hoch ist, ändert sich die Plattendicke wenig und die Trommelwandhöhe ist höher. Während des Tiefziehens gilt: Je größer der Plattenebenen-Richtwirkungskoeffizient Δr, desto schwerwiegender ist das Überstandsphänomen.