Guida definitiva al disegno di parti cilindriche profonde tramite Punch

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Disegno profondo si riferisce a un metodo di lavorazione dello stampaggio che utilizza uno stampo per perforare uno sbozzato piatto in una parte cava aperta o per modificare ulteriormente la forma e le dimensioni della parte cava aperta. Il processo di imbutitura è ampiamente utilizzato nella produzione di vari settori industriali come automobili, trattori, strumenti, elettronica, aerospaziale e necessità quotidiane. È uno dei processi di base dello stampaggio a freddo. Non solo può elaborare parti rotanti, ma anche elaborare forme di scatole. Le parti e altre parti a parete sottile con forme complesse sono mostrate nella Figura 1-1 e nella Figura 1-2.

Il processo di disegno è suddiviso in base alla forma dello sbozzato: il metodo di formatura da uno sbozzato piatto in una parte cava aperta con un fondo è chiamato imbutitura piana (prima); la formatura da una parte cava di grande diametro a una parte cava di piccolo diametro Il metodo è chiamato ogni successiva imbutitura. Il processo di trafilatura è suddiviso in base alla variazione dello spessore della parete: il processo di trafilatura in cui lo spessore della parete del pezzo dopo la trafilatura non cambia molto rispetto allo spessore del grezzo è chiamato trafilatura a diradamento costante; lo spessore della parete della parte dopo il disegno è uguale allo spessore del grezzo. Il processo di trafilatura che è significativamente più sottile è chiamato trafilatura assottigliata. Il processo di trafilatura non sottile è ampiamente utilizzato nella produzione. Questo progetto si concentra sull'analisi del processo e sulla progettazione dello stampo.

Questo progetto prende il progetto dello stampo di imbutitura della parte cilindrica, come mostrato nella Figura 1-3 come supporto, e forma in modo completo i lettori per determinare il processo di imbutitura e la capacità preliminare di progettare lo stampo di imbutitura.

Nome della parte: parte cilindrica.

Lotto di produzione: lotto medio.

Materiale: acciaio 08F.

Spessore: 1,0 mm.

Disegno delle parti: come mostrato nella Figura 1-3.

Disegno processo di deformazione e caratteristiche

La Figura 1-4 mostra il processo di trafilatura delle parti cilindriche. Uno sbozzato tondo piatto con un diametro di D e uno spessore di t viene imbutito mediante una filiera di imbutitura per ottenere una parte semplice circolare aperta a parete diritta con un diametro interno di d e un'altezza di h, e h> (Dd) /2.

Che tipo di flusso di plastica produce il pezzo grezzo piatto rotondo sotto l'azione dello stampo una parte cava aperta? Il trasferimento di materiale del grezzo piatto durante l'imbutitura è mostrato nella Figura 1-5. Se lo stampo non viene utilizzato, è sufficiente rimuovere la parte ombreggiata triangolare in Figura 1-5, quindi piegare la parte rimanente della striscia stretta lungo la circonferenza del diametro d, e saldarla per ottenere il diametro d e l'altezza h=( Dd)/ 2. Una parte cilindrica aperta con una cucitura saldata sulla periferia e una bocca ondulata. Ciò dimostra che il "materiale in eccesso" deve essere rimosso quando il grezzo piatto rotondo diventa una parte cilindrica. Tuttavia, lo sbozzato piatto rotondo non rimuoveva il materiale in eccesso durante il processo di imbutitura profonda e l'altezza del pezzo ottenuto mediante imbutitura era maggiore di h e lo spessore della parete del pezzo aumentava. Pertanto, il materiale nella parte ombreggiata triangolare può essere considerato solo come materiale ridondante. Sotto l'azione, si sono verificati flusso e trasferimento.

Analisi del trasferimento di materiale durante disegno profondo attraverso il test della griglia è possibile illustrare ulteriormente il flusso di metallo durante l'imbutitura, come mostrato nella Figura 1-6.

Prima dell'imbutitura profonda, disegna una griglia di cerchi concentrici con spaziatura uguale e linee radiali di uguale divisione sullo spazio vuoto piatto rotondo. Dopo disegno profondo, puoi vedere che le griglie in aree diverse sono cambiate in gradi diversi. Di seguito analizzerà il flusso di metallo durante il processo di trafilatura attraverso le modifiche della griglia.

• La griglia inferiore della parte cilindrica mantiene sostanzialmente la sua forma originale, indicando che il metallo nella parte inferiore del punzone non ha flusso evidente.
• Cerchi concentrici con diametri tangenziali disuguali vengono trasformati in cerchi paralleli con la stessa circonferenza sulla parete del cilindro. La distanza aumenta e più la parte superiore del cilindro si avvicina, a1>a2>a3>…>a, indicando che la deformazione radiale del metallo è una deformazione di trazione e il flusso radiale del metallo più vicino al cerchio esterno è maggiore.
• Le linee radiali concentriche di uguale divisione nella direzione radiale vengono trasformate in linee verticali parallele sulla parete del cilindro e le linee verticali sono equidistanti con b. Mostra che la deformazione tangenziale è una deformazione di compressione e più il metallo è vicino al cerchio esterno, maggiore è il flusso tangenziale.
• Come mostrato nella Figura 1-6 (b), se si prende un'unità dalla griglia, sarà una griglia a forma di ventaglio prima dell'imbutitura profonda con un'area di A1. Dopo l'imbutitura, diventerà una griglia rettangolare con un'area di A2, che equivale a una fessura a forma di cuneo che tira la griglia del settore nello stesso modo. Sotto l'azione della sollecitazione di compressione tangenziale e della sollecitazione di trazione radiale, il metallo produce una deformazione di allungamento radiale e una deformazione di compressione tangenziale per formare una griglia rettangolare.
• Secondo la misura, lo spessore del fondo è leggermente inferiore (generalmente ignorato) e lo spessore della parete del cilindro aumenta gradualmente dal fondo all'imboccatura, come mostrato in Figura 1-7, che indica che l'imboccatura del cilindro ha una grande grado di deformazione e una grande quantità di metallo trasferito. Ma poiché lo spessore medio della parte imbutita è quasi uguale allo spessore del grezzo, ignorando la leggera variazione di spessore può essere approssimato poiché l'area dell'unità piccola rimane invariata prima e dopo l'imbutitura, ovvero A₁= A₂, indicando che l'area della superficie del grezzo e del pezzo in lavorazione è uguale prima e dopo l'imbutitura.

Inoltre, a causa dei diversi gradi di deformazione e incrudimento dei grezzi, anche la durezza di ciascuna parte della parete del cilindro lungo la direzione dell'altezza è diversa e la durezza della bocca del pezzo è maggiore, come mostrato in Figura 1- 7.

In sintesi, le caratteristiche di deformazione durante l'imbutitura possono essere riassunte come segue.

• Il materiale sotto il punzone non si deforma sostanzialmente e diventa il fondo del cilindro dopo l'imbutitura. La deformazione si concentra principalmente nell'area della flangia piatta sulla superficie dello stampo (la parte ad anello di Dd), che è la principale area di deformazione della deformazione del disegno.
• La deformazione della zona di deformazione non è uniforme. Viene compresso e accorciato in direzione tangenziale e allungato in direzione radiale. Più va alla bocca, più si comprime e si allunga. Lo spessore del foglio all'imboccatura è aumentato.

Stress e tensione durante l'imbutitura

Analizzando lo stress e la deformazione del foglio durante il processo di disegno, aiuterà a risolvere i problemi di processo nel lavoro di disegno e garantire la qualità del prodotto. Nel processo di imbutitura profonda, il materiale ha diversi stati di sollecitazione e deformazione in diverse parti. Le parti cilindriche sono le parti imbutite più semplici e tipiche. La Figura 1-8 mostra la sollecitazione e la deformazione di una parte cilindrica in una certa fase del primo disegno con un premilamiera. Il significato di ogni simbolo nella figura è il seguente.

σ₁, ε₁—la sollecitazione e la deformazione radiale;

σ₂, ε₂—la sollecitazione e la deformazione nella direzione dello spessore;

σ₃, ε₃—sollecitazione e deformazione in direzione tangenziale.

A seconda dei diversi stati di sollecitazione e deformazione, il grezzo trafilato può essere suddiviso in 5 aree: Zona I è la parte della flangia, che è la principale zona di deformazione del processo di disegno; La zona II è l'angolo del dado, che è una zona di transizione; Ⅲ La zona è la parte della parete del cilindro, che svolge il ruolo di trasmissione della forza; La zona IV è la parte arrotondata del pugno, che è anche una zona di transizione; La zona V è la parte inferiore del cilindro, che può essere considerata priva di deformazione plastica.

In un punto leggermente al di sopra dell'angolo della parete del cilindro e del fondo, la sollecitazione di trazione σ₁ generato è relativamente grande perché l'area della sezione trasversale per trasmettere la forza di trazione è piccola. Allo stesso tempo, c'è meno materiale che deve essere trasferito in questo luogo, quindi il grado di deformazione del materiale è molto piccolo, l'incrudimento è inferiore e anche la resistenza del materiale è inferiore. Rispetto agli angoli arrotondati del punzone, non c'è una maggiore resistenza all'attrito come gli angoli arrotondati del punzone. Pertanto, durante il processo di imbutitura, l'assottigliamento è il più grave agli angoli della parete del cilindro e al fondo, che diventa la parte più debole dell'intera parte. Questa sezione è solitamente chiamata "sezione pericolosa". Se lo stress σ₁ sulla sezione pericolosa supera il limite di resistenza del materiale, la parte trafilata verrà incrinata lì. Anche se non ci sono crepe, il materiale diventa troppo sottile in quel punto a causa della sollecitazione eccessiva, in modo che il pezzo venga scartato a causa della tolleranza eccessiva.

Dall'analisi di cui sopra, si può vedere che i principali problemi di qualità durante l'imbutitura sono le grinze nell'area della flangia piana e le cricche nella "sezione pericolosa".

Problemi nel processo di imbutitura profonda

Grinza

Durante l'imbutitura, a causa della sollecitazione di compressione tangenziale σ₃ del materiale della flangia, quando questa sollecitazione di compressione raggiunge un certo livello, la direzione tangenziale del materiale della lamiera sarà inarcata a causa dell'instabilità, che produce onde nella direzione tangenziale attorno alla flangia. La piegatura continua della forma è chiamata increspatura, come mostrato nella Figura 1-9 (a). Quando la parte imbutita è rugosa, il materiale nella zona di deformazione della flangia di quella più leggera può ancora essere tirato nello stampo, ma causerà increspature all'imboccatura del pezzo, come mostrato nella Figura 1-9 (b), che influenzerà la qualità del pezzo. Quando l'increspatura è grave, la parte trafilata si rompe perché il materiale della flangia dopo l'increspatura non può passare attraverso lo spazio tra le matrici convesse e concave, come mostrato nella Figura 1-9 (c). Le rughe sono una delle principali cause di spreco nell'imbutitura.

Se le rughe durante il disegno sono correlate alla dimensione di σ₃, e anche allo spessore relativo del grezzo t/D, e σ₃ è correlato al grado di deformazione del disegno. Quando il grado di deformazione di ogni disegno è grande e lo spessore relativo t/D del grezzo è piccolo, si raggrinzirà. La misura più efficace per prevenire la formazione di rughe (e la più utilizzata in produzione) è utilizzare un anello a crimpare. Ridurre il grado di deformazione del disegno e aumentare lo spessore del grezzo può anche ridurre la tendenza a raggrinzirsi.

Ruptura

L'increspatura non significa che la deformazione del materiale in foglio abbia raggiunto il limite perché il grado di deformazione può ancora essere migliorato dopo misure come la pressurizzazione dell'anello di bordo. All'aumentare del grado di deformazione, la forza di deformazione aumenta di conseguenza. Quando la forza di deformazione è maggiore della capacità di carico della sezione pericolosa, la parte trafilata si rompe, come mostrato in Figura 1-10. Pertanto, la capacità di carico della sezione pericolosa è la chiave per determinare se l'imbutitura può procedere senza intoppi.

Se la sezione pericolosa viene interrotta durante disegno profondo dipende dalle proprietà del materiale, dal grado di deformazione, dal raggio di raccordo dello stampo e dalle condizioni di lubrificazione. Nella pratica di produzione, per l'imbutitura vengono solitamente utilizzati materiali con un indice di indurimento elevato e un rapporto di snervamento ridotto e misure come l'aumento appropriato del raggio di raccordo convesso e concavo dello stampo di imbutitura, l'aumento del numero di tempi di imbutitura e il miglioramento della lubrificazione per evitare il presenza di crepe.

Indurimento

Il processo di trafilatura è un processo in cui il grezzo subisce una deformazione plastica, che deve essere accompagnata da un incrudimento. Pertanto, rispetto al grezzo, la durezza e la resistenza del pezzo ottenuto dopo l'imbutitura sono aumentate e la plasticità e la tenacità sono diminuite. Attraverso il test della griglia, si può vedere che la deformazione del grezzo in ciascuna area durante il processo di imbutitura non è uniforme, dalla piccola area di deformazione in basso alla zona di deformazione principale della flangia della bocca del cilindro, quindi le proprietà di anche il materiale deformato dopo la trafilatura è irregolare. La distribuzione della durezza della parte trafilata aumenta gradualmente dal basso verso l'imboccatura, come mostrato in Figura 1-7, e in prossimità dell'angolo arrotondato del punzone compare un tratto pericoloso con l'incrudimento più insufficiente. Questo è esattamente l'opposto dei requisiti di processo. Da un punto di vista del processo, al fine di prevenire la fessurazione durante il processo di punzonatura, l'indurimento del fondo della parte trafilata dovrebbe essere grande e l'indurimento della bocca dovrebbe essere piccolo.

A causa dell'incrudimento delle parti imbutite, la sua resistenza e rigidità sono superiori a quelle del materiale grezzo, il che è vantaggioso per migliorare la durata delle parti imbutite. Tuttavia, quando il disegno viene disegnato più volte, la plasticità del pezzo imbutito si riduce e il semilavorato grezzo è difficile da deformare quando viene ulteriormente imbutito. Pertanto, il grado di deformazione di ogni volta dovrebbe essere selezionato correttamente e se il semilavorato deve essere ricotto per ripristinarne la plasticità. Soprattutto per alcuni metalli con una forte capacità di tempra (acciaio inossidabile, acciaio resistente al calore, ecc.), dovresti prestare maggiore attenzione. Ad esempio, l'acciaio inossidabile 1Cr18Ni9Ti è molto sensibile all'incrudimento a freddo nella deformazione plastica. Un piccolo grado di deformazione ne causerà la durezza e la forza. L'aumento è evidente, quindi spesso è impossibile scegliere questo tipo di grezzo per più imbutiture profonde.

Alette

Quando la parte cilindrica è trafilata, l'irregolarità regolare all'estremità della bocca della parte trafilata è chiamata aletta. Il motivo delle alette è l'anisotropia del foglio. Nella direzione in cui il coefficiente di direttività dello spessore della piastra è basso, la piastra diventa più spessa e l'altezza della parete della canna è inferiore; nella direzione in cui il coefficiente di direttività dello spessore della piastra è alto, lo spessore della piastra cambia poco e l'altezza della parete della canna è maggiore. Durante l'imbutitura, maggiore è il coefficiente di direttività del piano della piastra Δr, più grave è il fenomeno di sporgenza.