Conceptos básicos del procesamiento de estampado y ley conceptual de la plasticidad de la chapa.

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En nuestra vida diaria, a menudo nos encontramos con varias partes, como se muestra en la Figura 1-1, que están estrechamente relacionadas con nuestras vidas.

Qué métodos de procesamiento se usan para producir las piezas anteriores, qué materiales se usan para producirlas, qué herramientas o moldes se necesitan para producir estas piezas y qué materiales se usan para fabricar estas herramientas o moldes. Esto es lo que necesitamos aprender en este curso.

El concepto de estampado y troquel de estampado

El estampado es uno de los métodos de procesamiento avanzados y eficientes en la industria de fabricación de maquinaria moderna. Utiliza el molde instalado en la prensa para aplicar fuerza al material a temperatura ambiente, haciendo que se separe o deforme plásticamente, para obtener una parte de las piezas requeridas. Tipo de método de procesamiento de presión. El procesamiento de estampado es una forma importante de procesamiento de corte. Dado que el estampado generalmente se lleva a cabo a temperatura ambiente, a menudo se lo denomina estampado en frío. Y debido a que su material de procesamiento es principalmente material laminar, también se denomina procesamiento de material laminar. El estampado no solo puede procesar materiales metálicos, sino también materiales no metálicos.

En estampado procesamiento, una pieza de equipo de proceso especial para procesar materiales en piezas de estampado (o productos semiacabados) se denomina troquel de estampado o troquel de estampado en frío. Los troqueles de estampado son indispensables en la realización del proceso de estampado. Sin troqueles de estampado que cumplan con los requisitos, no se puede llevar a cabo el procesamiento de estampado; sin troqueles de estampado avanzados, no se pueden lograr procesos de estampado avanzados. El diseño del troquel es la clave para el procesamiento de estampado en frío. Una pieza de estampado a menudo necesita varios juegos de troqueles para ser procesada y darle forma. En la producción de piezas estampadas, la tecnología de formación de estampado razonable, los moldes avanzados y el equipo de estampado eficiente son tres elementos indispensables, como se muestra en la Figura 1-2.

Características del procesamiento de estampado.

En comparación con otros métodos de procesamiento (como el mecanizado), el estampado tiene las siguientes características.

• Es posible obtener piezas con formas complejas que otros métodos de procesamiento no pueden o son difíciles de procesar, como cubiertas de automóviles, puertas, etc.

• Dado que la precisión dimensional está garantizada principalmente por el molde, las piezas procesadas tienen una calidad estable, buena consistencia y tienen las características de "identidad".

• Estampado El procesamiento es un tipo de procesamiento sin cortar. Algunas partes se estampan directamente sin ningún tipo de reprocesamiento y la tasa de utilización del material es alta.
• La deformación plástica de los materiales metálicos se puede utilizar para mejorar la resistencia y la rigidez de la pieza de trabajo.
• Alta productividad, automatización fácil de realizar.
• El molde tiene una larga vida útil y un costo de producción relativamente bajo.
• El proceso de estampado es fácil de operar, pero tiene cierto grado de peligro, por lo que se debe prestar atención a la seguridad en la producción.

Aplicación de procesamiento de estampado.

Debido a las muchas ventajas del procesamiento de estampado, la aplicación del procesamiento de estampado es muy amplia. Ocupa una posición muy importante en la producción de automóviles, tractores, motores, electrodomésticos, instrumentos de juguete y artículos de primera necesidad. Muchas piezas fabricadas con métodos de fundición, forja y corte en el pasado ahora se reemplazan por piezas estampadas con buena rigidez y peso ligero.

Según las estadísticas de los últimos años, en la producción de electromecánicos e instrumentación, 60% a 70% de las piezas se completan con tecnología de estampado. Aproximadamente 60%~70% de piezas en la producción de automóviles se fabrican mediante el proceso de estampado, y la mano de obra de la producción de estampado es 25%~30% de la mano de obra de toda la industria automotriz. En los productos electrónicos, la proporción de piezas estampadas también es bastante grande. Los productos metálicos utilizados en la vida cotidiana de las personas, como ollas de aluminio, vajillas de acero inoxidable, etc., representan una mayor proporción de piezas estampadas. Por lo tanto, la tecnología de estampado se usa ampliamente, y el aprendizaje, la investigación y el desarrollo de la tecnología de estampado son de gran importancia para el desarrollo de la economía nacional de mi país y la aceleración de la construcción industrial moderna.

El desarrollo de la tecnología de estampado es de gran importancia para el desarrollo de la economía nacional de mi país y la aceleración de la construcción industrial moderna.

El proceso básico de estampación.

Debido a las diferentes formas, tamaños y precisión de las piezas estampadas, los tipos de procesos utilizados en el estampado son diferentes. Según sus características de deformación, se puede dividir en las siguientes dos categorías.

• Proceso de separación. El proceso de separar el material laminar a lo largo de una determinada línea de contorno para obtener una pieza estampada (comúnmente conocida como pieza troquelada) de cierta forma, tamaño y calidad de sección transversal. El proceso de separación incluye principalmente punzonado, troquelado, recorte y otros procesos.
• Proceso de formación. El proceso de hacer que el material se deforme plásticamente sin romperse para obtener una pieza estampada con cierta forma, tamaño y precisión. El proceso de formación incluye principalmente doblado, embutición profunda, marcado, abombado, trenzado, etc.

Además, para mejorar la productividad laboral, a menudo se combinan dos o más procesos básicos en un solo proceso, como troquelado y estirado, corte y doblado, punzonado y rebordeado, etc., que se denominan procesos compuestos. En la producción real, la mayoría de las piezas producidas en lotes se completan mediante procesos compuestos.

Deformación plástica de chapas y sus leyes básicas.

los estampado El proceso de formación de piezas estampadas es esencialmente el proceso de deformación plástica de la chapa. Con respecto a la teoría básica de la deformación plástica, ha habido exposiciones detalladas y sistemáticas en los trabajos sobre mecánica del procesamiento plástico, y aquí solo se da una breve descripción de la teoría relevante.

El concepto básico de la deformación plástica del metal.

• Plasticidad

La plasticidad es la capacidad de un metal para sufrir una deformación permanente de manera estable sin dañar su integridad bajo la acción de una fuerza externa. Refleja la deformabilidad del metal y es una importante propiedad de procesamiento del metal. El tamaño de la plasticidad se puede evaluar mediante el índice de plasticidad. Por ejemplo, el índice de plasticidad en el ensayo de tracción se puede expresar mediante el alargamiento δ y la reducción del área ψ. La plasticidad del metal no es fija, se ve afectada por factores como la estructura del metal, la temperatura de deformación, la velocidad de deformación y el tamaño de la pieza de trabajo.

• Deformación plastica

El objeto se deforma bajo la acción de una fuerza externa. Una vez eliminada la fuerza externa, el objeto puede volver a su forma y tamaño originales. Tal deformación se llama deformación plástica.

• Resistencia a la deformación

La resistencia a la deformación se refiere a la capacidad de un metal para resistir los cambios de forma y la deformación residual. La resistencia a la deformación refleja la dificultad de la deformación plástica del material. En términos generales, la buena plasticidad y la baja resistencia a la deformación son beneficiosas para la deformación por estampado, pero no se puede decir que cierto material tenga buena plasticidad y la resistencia a la deformación debe ser inferior. Cuando el material se extruye en frío, exhibe buena plasticidad bajo la acción de la tensión de compresión de tres vías, pero la fuerza de extrusión en frío también es muy grande.

• Estrés

Bajo la acción de una fuerza externa, la fuerza de interacción entre las diversas partículas del objeto se denomina fuerza interna. La fuerza interna por unidad de área se llama tensión. Hay esfuerzo normal y esfuerzo cortante. El esfuerzo normal se expresa por σ y el esfuerzo cortante se expresa por τ. La unidad de esfuerzo es generalmente MPa.

• Tensión

Cuando un objeto se somete a fuerzas externas e internas, se deformará. La cantidad física que representa la magnitud de la deformación de un objeto se llama tensión. Al igual que la tensión, la deformación también tiene la deformación normal y la deformación cortante. La deformación normal está representada por ε y la deformación cortante está representada por γ.

• Punto de estado de tensión

La fuerza de cada punto en el material generalmente se denomina estado de tensión del punto. El estado de tensión de un punto está representado por la tensión en cada superficie perpendicular entre sí en el cuerpo unitario tomado en el punto, como se muestra en la figura 1-3(a). En general, estas fuerzas se pueden descomponer en 9 componentes de tensión a lo largo de la dirección de las coordenadas, incluidas 3 tensiones normales y 6 tensiones de corte, como se muestra en la figura 1-3(b).

• Estrés principal

Para cualquier tipo de estado de tensión, siempre existe un conjunto de sistemas de coordenadas, de modo que solo aparece la tensión normal en cada superficie del cuerpo unitario y no hay tensión de corte, como se muestra en la figura 1-3(c). Estos tres esfuerzos normales se denominan esfuerzos principales y están representados por σ1, σ2 y σ3 respectivamente. Cuando el esfuerzo σ1>0 se llama esfuerzo de tracción, cuando el esfuerzo σ1<0 se llama esfuerzo de compresión.

Los experimentos han demostrado que el estado de tensión tiene una gran influencia en la plasticidad de los metales. Cuanto mayor sea el número de esfuerzos de compresión, mayor será el valor, mejor será la plasticidad del metal; cuanto mayor sea el número de esfuerzos de tracción, mayor será el valor, peor será la plasticidad del metal.

• Deformación principal y diagrama de deformación principal.

La tensión en el cuerpo deformado debe ir acompañada de deformación, y el estado de deformación del punto también está representado por el cuerpo del elemento. Similar al estado de tensión, un diagrama de estado de deformación también se puede utilizar para indicar el estado de deformación de un punto. Se puede encontrar un conjunto de sistemas de coordenadas para que solo aparezcan los componentes principales de deformación ε1, ε2, ε3 y ningún componente de deformación cortante en cada superficie del cuerpo unitario, como se muestra en la figura 1-4(a). Un estado de deformación solo tiene la deformación principal primaria. Solo hay tres posibles estados de deformación, como se muestra en la Figura 14(b).

El estado de deformación tiene una gran influencia en la plasticidad del metal. Puede saberse por la práctica que el grado de deformación obtenido por compresión unidireccional es mucho mayor que el de estiramiento uniaxial, y la extrusión en estado de tensión de compresión tridireccional puede ejercer mayor plasticidad que el estirado con compresión bidireccional y una -forma de estiramiento. En el estado de tensión, el número de tensiones de compresión es grande, la tensión de compresión es grande, la plasticidad es buena; por el contrario, el número de tensiones de compresión es pequeño, la tensión de compresión es pequeña e incluso existe tensión de tracción, y la plasticidad es pobre. Esto se debe a que las grietas y los defectos del material son fáciles de exponer y desarrollar en la dirección de la deformación por tracción, pero no son fáciles de exponer y desarrollar en la dirección de la deformación por compresión.

Curva tensión-deformación

La figura 1-5 muestra la curva de tensión-deformación del acero con bajo contenido de carbono bajo ensayo de tracción. Se puede ver en la figura que el material comienza a deformarse plásticamente cuando la tensión alcanza el límite de fluencia inicial σ0. En este momento, puede ocurrir una gran deformación cuando la tensión no aumenta, y aparece una plataforma en la figura. Este fenómeno se llama ceder. Después de un período de meseta de rendimiento, el estrés comienza a aumentar con el aumento de la deformación (como se muestra en la curva cGb). Si se descarga en medio de la deformación (G en la figura), el esfuerzo y la deformación volverán a lo largo de la línea recta GH para restaurar la deformación elástica (HJ) y conservar su deformación plástica (OH). Si se vuelve a cargar la pieza de prueba, la curva comenzará desde H y ascenderá a lo largo de la línea recta HG para la deformación elástica hasta que el punto G no comience a ceder, y la tensión y la deformación subsiguientes seguirán cambiando de acuerdo con la curva Gb. Se puede ver que el esfuerzo en el punto G es el esfuerzo de fluencia cuando se vuelve a cargar el espécimen. Si repite el proceso anterior de descarga y carga, encontrará que el límite elástico durante la recarga aumenta continuamente a lo largo de la curva Gb debido al aumento sucesivo de la deformación, lo que indica que el material se endurece gradualmente. El endurecimiento por trabajo del material tiene una gran influencia en la formación de la chapa, lo que no solo aumenta la fuerza de deformación, sino que también limita la deformación adicional de la lana. Por ejemplo, cuando una pieza de embutición profunda se embute varias veces, generalmente se recoce antes del embutido posterior para eliminar el endurecimiento por trabajo causado por el embutido anterior. Pero el endurecimiento a veces es beneficioso. Por ejemplo, en el proceso de formación por alargamiento, puede reducir la deformación local excesiva y hacer que la deformación sea más uniforme.

Por necesidades prácticas, la curva tensión-deformación debe expresarse mediante una fórmula matemática. Sin embargo, debido a que las curvas de endurecimiento de varios materiales tienen diferentes características, es imposible expresarlas con precisión con la misma fórmula matemática. Las expresiones matemáticas de varias curvas de endurecimiento comúnmente utilizadas en la actualidad son todas aproximadas. Por ejemplo, la expresión lineal de la curva tensión-deformación es σ=σ₀+ Fε

En la fórmula, el límite elástico aproximado de σ0 es también la intersección de la línea de endurecimiento en el eje de ordenadas;

F-La pendiente de la línea recta de endurecimiento se denomina módulo de endurecimiento, que muestra el tamaño de la resistencia al endurecimiento del material.

La ley de la invarianza del volumen de deformación plástica.

La práctica ha demostrado que en la deformación plástica de un objeto, el volumen antes de la deformación es igual al volumen después de la deformación. Esta es la ley de invariancia del volumen de deformación plástica del metal. Es la base para que calculemos el tamaño de la pieza en bruto en el proceso de deformación en el futuro. Expresado por fórmula

ε₁+ε₂+ε₃=0

La ley de la mínima resistencia a la deformación plástica.

La deformación plástica destruye el equilibrio general del metal y obliga al metal a fluir. Cuando los puntos de masa del cuerpo deformable pueden moverse en diferentes direcciones, cada punto de masa se mueve en la dirección de menor resistencia, que es la ley de menor resistencia. La pieza en bruto se deforma en el molde, y su máxima deformación será en la dirección de menor resistencia. La ley de mínima resistencia tiene una aplicación muy flexible y extensa en el proceso de estampado, que puede guiar correctamente el proceso de estampado y el diseño del troquel, y resolver los problemas de calidad en la producción real.

Condiciones plásticas

La llamada condición plástica es que en un estado de tensión unidireccional si la tensión de tracción o compresión alcanza el límite elástico del material, puede ceder y entrar en el estado plástico desde el estado elástico. Sin embargo, para estados de tensión complejos, no solo es posible juzgar si un punto ha cedido en función de un componente de tensión, sino también considerar el efecto global de cada componente de tensión. En un estado de tensión complejo, cuando los componentes de la tensión se ajustan a una determinada relación, puede ser equivalente al límite elástico determinado en el estado de tensión unidireccional. Para que el objeto entre en estado plástico desde el estado elástico. En este momento, la relación entre los componentes de la tensión se denomina condición plástica o criterio de fluencia.

Las condiciones plásticas deben verificarse mediante experimentos. Hay dos tipos de condiciones plásticas que han sido probadas y reconocidas en la práctica: el criterio de fluencia de H. Tresca y el criterio de fluencia de Von Mises.

• Criterio de rendimiento de Kureisgar

En 1864, el ingeniero francés H. Tresca creía que el material empezaba a ceder cuando el esfuerzo cortante máximo alcanzaba cierto valor, es decir, el criterio de fluencia de Tresca. Su expresión matemática es

En la fórmula, σs: el límite de rendimiento del material.

• Pautas de servicio de Von Mises

En 1913, el erudito alemán Von Mises propuso que bajo ciertas condiciones de deformación, sin importar cuál sea el estado de tensión del objeto deformado, siempre que sus tres tensiones principales cumplan las siguientes condiciones, el material comenzará a ceder, es decir, Missis Producir

Entonces, su expresión matemática es

(σ₁-σ₂)²+(σ₂-σ₃)²+(σ₃-σ₁)²=2σ²_s

La relación entre el estrés y la tensión

El cuerpo se deforma bajo la fuerza, por lo que debe haber una cierta relación entre el estrés y la deformación. Cuando un objeto se deforma elásticamente, la relación entre la tensión y la deformación es lineal, el proceso de deformación es reversible y su deformación se puede restaurar independientemente del proceso de carga del objeto. La relación entre tensión y deformación se puede determinar mediante la ley de Hooke generalizada. Dijo. Después de que el objeto entra en deformación plástica, la relación entre su tensión y deformación es diferente. En tensión o compresión unidireccional, la relación entre tensión y deformación se puede representar mediante una curva de endurecimiento. Sin embargo, cuando se somete a tensión en dos o tres direcciones, la relación entre tensión y deformación en la zona de deformación es bastante complicada. Los estudios han demostrado que bajo carga simple (solo carga y no descarga durante el proceso de carga, y los componentes de la tensión aumentan en cierta proporción), en cada momento de deformación plástica, existe la siguiente relación entre la tensión principal y la deformación principal

En la fórmula, C—constante de proporcionalidad no negativa;

σ_metro—estrés medio. Bajo ciertas condiciones, C solo está relacionado con las propiedades del material y el grado de deformación, y no tiene nada que ver con el estado de tensión del objeto, por lo que el valor de C también se puede obtener mediante experimentos de tracción uniaxial.

Las ecuaciones físicas mencionadas anteriormente también se denominan teoría de cantidad total de la deformación plástica.

fenómeno de endurecimiento por trabajo

Los materiales metálicos de uso común aumentan su resistencia y dureza durante la deformación plástica, mientras que el fenómeno de disminución de la plasticidad y la tenacidad se denomina endurecimiento por trabajo o endurecimiento por trabajo en frío. El endurecimiento por trabajo tiene un gran impacto en muchos procesos de estampado. Por ejemplo, la reducción de la plasticidad limita la deformación adicional de la pieza en bruto. A menudo es necesario aumentar el proceso de recocido antes del proceso posterior para eliminar el endurecimiento por trabajo. El endurecimiento por trabajo también tiene un lado positivo, como mejorar la capacidad de resistir la inestabilidad local y las arrugas.

Recargar fenómeno de ablandamiento

Si el material se carga inversamente después de la deformación plástica en frío, se reducirá el límite de rendimiento del material. Es decir, es más probable que ocurra deformación plástica bajo carga inversa, que es el llamado fenómeno de ablandamiento por carga trasera. El fenómeno del ablandamiento por carga posterior tiene un significado práctico para el análisis de ciertos procesos de estampado (como el doblado por estirado).

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