Guía definitiva para el dibujo de piezas cilíndricas profundas mediante punzón

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Dibujos profundos se refiere a un método de procesamiento de estampado que usa una matriz para perforar una pieza en bruto plana en una parte hueca abierta o para cambiar aún más la forma y el tamaño de la parte hueca abierta. El proceso de embutición profunda se utiliza ampliamente en la producción de diversos sectores industriales como automóviles, tractores, instrumentos, electrónica, aeroespacial y artículos de primera necesidad. Es uno de los procesos básicos de estampación en frío. No solo puede procesar piezas giratorias, sino también formas de cajas. Las piezas y otras piezas de paredes delgadas con formas complejas se muestran en la Figura 1-1 y la Figura 1-2.

los proceso de dibujo se divide de acuerdo con la forma de la pieza en bruto: el método de formación de una pieza en bruto plana en una parte hueca abierta con un fondo se denomina dibujo plano (primer); la conformación de una pieza hueca de gran diámetro a una pieza hueca de pequeño diámetro El método se denomina cada embutido posterior. El proceso de estirado se divide de acuerdo con el cambio de espesor de la pared: el proceso de estirado en el que el espesor de la pared de la pieza después del estirado no cambia mucho en comparación con el espesor de la pieza en bruto se denomina estirado de adelgazamiento constante; el grosor de la pared de la pieza después del dibujo es el mismo que el grosor de la pieza en bruto. El proceso de dibujo que es significativamente más delgado se llama dibujo de adelgazamiento. El proceso de estirado sin delgadez se utiliza ampliamente en la producción. Este proyecto se centra en su análisis de procesos y diseño de moldes.

Este proyecto toma el diseño del troquel de dibujo de la parte cilíndrica como se muestra en la Figura 1-3 como portador, y capacita de manera integral a los lectores para determinar el proceso de dibujo y la capacidad preliminar para diseñar el troquel de dibujo.

Nombre de la pieza: pieza cilíndrica.

Lote de producción: lote medio.

Material: acero 08F.

Espesor: 1,0 mm.

Dibujo de piezas: como se muestra en la Figura 1-3.

Dibujo proceso de deformación y características

La Figura 1-4 muestra el proceso de dibujo de piezas cilíndricas. Una pieza en bruto plana redonda con un diámetro de D y un espesor de t se embutye profundamente con un troquel de trefilado para obtener una pieza simple circular abierta de pared recta con un diámetro interior de d y una altura de h, y h> (Dd) / 2.

¿Qué tipo de flujo de plástico produce la pieza plana redonda bajo la acción del molde una parte hueca abierta? La transferencia de material de la pieza en bruto plana durante la embutición profunda se muestra en la Figura 1-5. Si no se usa el molde, simplemente retire la parte sombreada del triángulo en la Figura 1-5, luego doble la parte restante de la tira estrecha a lo largo de la circunferencia del diámetro d, y suelde para obtener el diámetro d y la altura h = ( Dd) / 2. Pieza cilíndrica abierta con costura soldada en la periferia y boca ondulada. Esto muestra que el "exceso de material" debe eliminarse cuando la pieza plana redonda se convierte en una pieza cilíndrica. Sin embargo, la pieza en bruto plana redonda no eliminó el material sobrante durante el proceso de embutición profunda, y la altura de la pieza de trabajo obtenida por embutición profunda fue mayor que h, y el grosor de la pared de la pieza de trabajo aumentó. Por lo tanto, el material de la parte sombreada del triángulo solo puede considerarse material redundante. Bajo la acción, se produjo el flujo y la transferencia.

Analizando la transferencia de material durante Dibujos profundos a través de la prueba de rejilla puede ilustrar aún más el flujo de metal durante la embutición profunda, como se muestra en la Figura 1-6.

Antes de la embutición profunda, dibuje una cuadrícula de círculos concéntricos con el mismo espaciado y líneas radiales de igual división en el espacio en blanco redondo y plano. Después Dibujos profundos, puede ver que las cuadrículas en diferentes áreas han cambiado en diferentes grados. A continuación se analizará el flujo de metal durante el proceso de dibujo a través de los cambios de la rejilla.

• La rejilla inferior de la parte cilíndrica básicamente mantiene su forma original, lo que indica que el metal en la parte inferior del punzón no tiene un flujo evidente.
• Los círculos concéntricos con diámetros tangenciales desiguales se transforman en círculos paralelos con la misma circunferencia en la pared del cilindro. La distancia aumenta y cuanto más se acerca la parte superior del cilindro, a1> a2> a3>…> a, lo que indica que la deformación radial del metal es una deformación por tracción, y el flujo radial del metal más cerca del círculo exterior es mayor.
• Las líneas radiales concéntricas de igual división en la dirección radial se transforman en líneas verticales paralelas en la pared del cilindro, y las líneas verticales están igualmente espaciadas con b. Muestra que la deformación tangencial es una deformación por compresión, y cuanto más cerca está el metal del círculo exterior, mayor es el flujo tangencial.
• Como se muestra en la Figura 1-6 (b), si toma una unidad de la cuadrícula, será una cuadrícula en forma de abanico antes de la embutición profunda con un área de A1. Después de la embutición profunda, se convertirá en una cuadrícula rectangular con un área de A2, lo que equivale a una ranura en forma de cuña que tira de la cuadrícula del sector de la misma manera. Bajo la acción de la tensión de compresión tangencial y la tensión de tracción radial, el metal produce una deformación por alargamiento radial y una deformación por compresión tangencial para formar una rejilla rectangular.
• Según la medición, el espesor del fondo es ligeramente menor (generalmente ignorado), y el espesor de la pared del cilindro aumenta gradualmente desde el fondo hasta la boca, como se muestra en la Figura 1-7, lo que indica que la boca del cilindro tiene un gran grado de deformación y una gran cantidad de metal transferido. Pero debido a que el espesor promedio de la parte dibujada es casi igual al espesor de la pieza en bruto, ignorar el ligero cambio de espesor se puede aproximar ya que el área de la unidad pequeña permanece sin cambios antes y después del dibujo, es decir, A₁= A₂, lo que indica que el área de la superficie de la pieza en bruto y la pieza de trabajo es igual antes y después del dibujo.

Además, debido a los diferentes grados de deformación y endurecimiento por trabajo de los espacios en blanco, la dureza de cada parte de la pared del cilindro a lo largo de la dirección de la altura también es diferente, y la dureza de la boca de la pieza es mayor, como se muestra en la Figura 1- 7.

En resumen, las características de deformación durante la embutición profunda se pueden resumir de la siguiente manera.

• El material debajo del punzón básicamente no se deforma y se convierte en la parte inferior del cilindro después de la embutición profunda. La deformación se concentra principalmente en el área de la brida plana en la superficie de la matriz (la parte del anillo de Dd), que es el área de deformación principal de la deformación del dibujo.
• La deformación de la zona de deformación es desigual. Se comprime y se acorta en la dirección tangencial y se estira en la dirección radial. Cuanto más llega a la boca, más se comprime y se estira. Se aumenta el grosor de la hoja en la boca.

Estrés y tensión durante la embutición profunda

Analizando la tensión y la deformación de la hoja durante la proceso de dibujo, ayudará a resolver los problemas del proceso en el trabajo de dibujo y garantizará la calidad del producto. En el proceso de embutición profunda, el material tiene diferentes estados de tensión y deformación en diferentes partes. Las piezas cilíndricas son las piezas embutidas más sencillas y típicas. La figura 1-8 muestra la tensión y la deformación de una pieza cilíndrica en una determinada etapa del primer dibujo con un soporte en blanco. El significado de cada símbolo en la figura es el siguiente.

σ₁, ε₁- la tensión y la deformación radiales;

σ₂, ε₂- la tensión y la deformación en la dirección del espesor;

σ₃, ε₃—Esfuerzo y deformación en la dirección tangencial.

De acuerdo con los diferentes estados de tensión y deformación, la pieza en bruto dibujada se puede dividir en 5 áreas: La zona I es la parte del ala, que es la zona de deformación principal del proceso de dibujo; La zona II es la esquina del dado, que es una zona de transición; Ⅲ La zona es la parte de la pared del cilindro, que desempeña el papel de transmitir la fuerza; La zona IV es la parte redondeada del punzón, que también es una zona de transición; La zona V es la parte inferior del cilindro, que se puede considerar que no tiene deformación plástica.

En el lugar ligeramente por encima de la esquina de la pared del cilindro y la parte inferior, la tensión de tracción σ₁ generado es relativamente grande porque el área de la sección transversal para transmitir la fuerza de tracción es pequeña. Al mismo tiempo, hay menos material que debe transferirse en este lugar, por lo que el grado de deformación del material es muy pequeño, el endurecimiento por trabajo es menor y la resistencia del material también es menor. En comparación con las esquinas redondeadas del punzón, no hay mayor resistencia a la fricción como las esquinas redondeadas del punzón. Por lo tanto, durante el proceso de embutición profunda, el adelgazamiento es el más grave en las esquinas de la pared del cilindro y el fondo, que se convierte en la parte más débil de toda la pieza. Esta sección generalmente se denomina "sección peligrosa". Si la tensión σ₁ en la sección peligrosa excede el límite de resistencia del material, la parte dibujada se agrietará allí. Incluso si no hay grietas, el material se vuelve demasiado delgado en el lugar debido a la tensión excesiva, por lo que la pieza de trabajo se desecha debido a la tolerancia excesiva.

Del análisis anterior, se puede ver que los principales problemas de calidad durante la embutición profunda son arrugas en el área del ala plana y grietas en la “sección peligrosa”.

Problemas en el proceso de embutición profunda.

Arruga

Durante la embutición profunda, debido a la tensión de compresión tangencial σ₃ del material de la brida, cuando este esfuerzo de compresión alcanza un cierto nivel, la dirección tangencial del material de la hoja se arqueará debido a la inestabilidad, lo que produce ondas en la dirección tangencial alrededor de la brida. La flexión continua de la forma se llama arruga, como se muestra en la Figura 1-9 (a). Cuando la parte estirada está arrugada, el material en la zona de deformación de la brida del más ligero aún se puede tirar hacia el troquel, pero provocará ondulaciones en la boca de la pieza de trabajo, como se muestra en la Figura 1-9 (b), que afectará la calidad de la pieza de trabajo. Cuando la arruga es severa, la parte estirada se romperá porque el material de la pestaña después de la arruga no puede pasar a través del espacio entre las matrices convexas y cóncavas, como se muestra en la Figura 1-9 (c). Las arrugas son una de las principales causas de desperdicio en la embutición profunda.

Si las arrugas durante el dibujo están relacionadas con el tamaño de σ₃, y también al espesor relativo de la pieza en bruto t / D, y σ₃ está relacionado con el grado de deformación del dibujo. Cuando el grado de deformación de cada dibujo es grande y el grosor relativo t / D de la pieza en bruto es pequeño, se arrugará. La medida más eficaz para prevenir las arrugas (y la más utilizada en la producción) es utilizar un anillo de engarce. Reducir el grado de deformación por estirado y aumentar el grosor de la pieza en bruto también puede reducir la tendencia a arrugarse.

Rupture

El arrugado no significa que la deformación del material de la hoja haya alcanzado el límite porque el grado de deformación aún puede mejorarse después de medidas como presurizar el anillo de borde. A medida que aumenta el grado de deformación, la fuerza de deformación aumenta en consecuencia. Cuando la fuerza de deformación es mayor que la capacidad de carga de la sección peligrosa, la parte dibujada se romperá, como se muestra en la Figura 1-10. Por lo tanto, la capacidad de carga de la sección peligrosa es la clave para determinar si el embutido se puede realizar sin problemas.

Si la sección peligrosa se rompe durante Dibujos profundos depende de las propiedades del material, el grado de deformación, el radio de filete del molde y las condiciones de lubricación. En la práctica de producción, los materiales con un índice de endurecimiento grande y una relación de rendimiento pequeña se utilizan generalmente para embutición profunda, y medidas tales como aumentar adecuadamente el radio de filete de matriz convexo y cóncavo de estirado, aumentar el número de tiempos de estirado y mejorar la lubricación para evitar el aparición de grietas.

Endurecimiento

El proceso de estirado es un proceso en el que la pieza en bruto sufre una deformación plástica, que debe ir acompañada de un endurecimiento por trabajo. Por lo tanto, en comparación con la pieza en bruto, la dureza y la resistencia de la pieza de trabajo obtenida después del estirado han aumentado y la plasticidad y la tenacidad han disminuido. A través de la prueba de rejilla, se puede ver que la deformación de la pieza en bruto en cada área durante el proceso de dibujo es desigual, desde la pequeña área de deformación en la parte inferior hasta el área de deformación principal de la brida de la boca del cilindro, por lo que las propiedades de el material deformado después del dibujo también es desigual. La distribución de la dureza de la parte estirada aumenta gradualmente desde el fondo hasta la boca, como se muestra en la Figura 1-7, y aparece una sección peligrosa con el endurecimiento más insuficiente cerca de la esquina redondeada del punzón. Esto es todo lo contrario a los requisitos del proceso. Desde el punto de vista del proceso, para evitar el agrietamiento durante el proceso de punzonado, el endurecimiento de la parte inferior de la parte de dibujo debe ser grande y el endurecimiento de la boca debe ser pequeño.

Debido al endurecimiento por trabajo de las piezas embutidas, su resistencia y rigidez son superiores a las del material en bruto, lo que es beneficioso para mejorar la vida útil de las piezas embutidas. Sin embargo, cuando el dibujo se diseña varias veces, la plasticidad de la parte dibujada se reduce y la pieza en bruto semiacabada es difícil de deformar cuando se vuelve a estirar. Por lo tanto, se debe seleccionar correctamente el grado de deformación de cada vez, y si la pieza semiacabada necesita ser recocida para restaurar su plasticidad. Especialmente para algunos metales con fuerte capacidad de endurecimiento (acero inoxidable, acero resistente al calor, etc.), debe prestar más atención. Por ejemplo, el acero inoxidable 1Cr18Ni9Ti es muy sensible al endurecimiento por trabajo en frío en la deformación plástica. Un pequeño grado de deformación provocará su dureza y resistencia. El aumento es obvio, por lo que a menudo es imposible elegir este tipo de blanco para múltiples dibujos profundos.

Agarradera

Cuando se dibuja la parte cilíndrica, la irregularidad regular en el extremo de la boca de la parte dibujada se llama orejeta. El motivo de las orejetas es la anisotropía de la hoja. En la dirección donde el coeficiente de directividad del espesor de la placa es bajo, la placa se vuelve más gruesa y la altura de la pared del cilindro es menor; en la dirección donde el coeficiente de directividad del espesor de la placa es alto, el espesor de la placa cambia poco y la altura de la pared del cilindro es mayor. Durante la embutición profunda, cuanto mayor es el coeficiente de directividad del plano de la placa Δr, más grave es el fenómeno de protuberancia.