Guia definitivo para desenho de peças cilíndricas profundas por punção

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Desenho profundo refere-se a um método de processamento de estampagem que usa uma matriz para puncionar uma peça em bruto plana em uma parte oca aberta ou para alterar ainda mais a forma e o tamanho da parte oca aberta. O processo de estampagem profunda é amplamente utilizado na produção de vários setores industriais, como automóveis, tratores, instrumentos, eletrônicos, aeroespacial e necessidades diárias. É um dos processos básicos de estampagem a frio. Ele pode processar não apenas peças rotativas, mas também formas de caixas. Peças e outras peças de paredes finas com formas complexas são mostradas na Figura 1-1 e na Figura 1-2.

o processo de desenho é dividido de acordo com a forma da peça em bruto: o método de formação de uma peça em bruto em uma parte oca aberta com um fundo é denominado (primeiro) desenho plano; a formação de uma peça oca de grande diâmetro em uma peça oca de pequeno diâmetro. O método é denominado cada estampagem profunda subsequente. O processo de estiramento é dividido de acordo com a mudança da espessura da parede: o processo de estiramento no qual a espessura da parede da peça após o estiramento não muda muito em comparação com a espessura da peça bruta é chamado de estiramento de desbaste constante; a espessura da parede da peça após o desenho é igual à espessura da peça bruta. O processo de desenho que é significativamente mais fino é chamado de desenho de desbaste. O processo de estiramento não fino é amplamente utilizado na produção. Este projeto se concentra na análise de processos e projeto de moldes.

Este projeto pega o desenho da matriz de desenho da parte cilíndrica como mostrado na Figura 1-3 como o transportador e treina de forma abrangente os leitores para determinar o processo de desenho e a capacidade preliminar de projetar a matriz de desenho.

Nome da peça: parte cilíndrica.

Lote de produção: lote médio.

Material: aço 08F.

Espessura: 1,0 mm.

Desenho das peças: conforme mostrado na Figura 1-3.

Desenhando processo de deformação e características

A Figura 1-4 mostra o processo de desenho das peças cilíndricas. Uma peça em bruto plana redonda com um diâmetro de D e uma espessura de t é repuxada profundamente por uma matriz de estiramento para obter uma parte simples circular de parede reta aberta com um diâmetro interno de d e uma altura de h, e h> (Dd) / 2.

Que tipo de fluxo de plástico a peça plana redonda sob a ação do molde produz uma peça oca aberta? A transferência de material da peça bruta plana durante a estampagem profunda é mostrada na Figura 1-5. Se o molde não for usado, apenas remova a parte sombreada do triângulo na Figura 1-5, dobre a parte restante da tira estreita ao longo da circunferência do diâmetro d e solde-a para obter o diâmetro d e a altura h = ( Dd) / 2. Uma parte cilíndrica aberta com uma costura soldada na periferia e uma boca ondulada. Isso mostra que o “excesso de material” deve ser removido quando o bloco plano redondo se tornar uma peça cilíndrica. No entanto, a peça em bruto plana redonda não removeu o excesso de material durante o processo de repuxo, e a altura da peça obtida por repuxo foi maior do que h, e a espessura da parede da peça aumentou. Portanto, o material na parte sombreada do triângulo só pode ser considerado como material redundante. Sob a ação, fluxo e transferência ocorreram.

Analisando a transferência de material durante Desenho profundo através do teste de grade pode ilustrar ainda mais o fluxo de metal durante a estampagem profunda, conforme mostrado na Figura 1-6.

Antes da estampagem profunda, desenhe uma grade de círculos concêntricos com espaçamento igual e linhas radiais de divisão igual na peça plana redonda. Depois de Desenho profundo, você pode ver que as grades em diferentes áreas mudaram em diferentes graus. A seguir irá analisar o fluxo do metal durante o processo de trefilação por meio das mudanças da grade.

• A grade inferior da parte cilíndrica basicamente mantém sua forma original, indicando que o metal na parte inferior do punção não tem fluxo óbvio.
• Os círculos concêntricos com diâmetros tangenciais desiguais são transformados em círculos paralelos com a mesma circunferência na parede do cilindro. A distância aumenta e quanto mais próxima a parte superior do cilindro aumenta, a1> a2> a3> ...> a, indicando que a deformação radial do metal é a deformação de tração e o fluxo radial do metal mais próximo do círculo externo é maior.
• Linhas radiais concêntricas de divisão igual na direção radial são transformadas em linhas verticais paralelas na parede do cilindro, e as linhas verticais são igualmente espaçadas com b. Isso mostra que a deformação tangencial é a deformação compressiva e, quanto mais próximo o metal estiver do círculo externo, maior será o fluxo tangencial.
• Conforme mostrado na Figura 1-6 (b), se você pegar uma unidade da grade, será uma grade em forma de leque antes do desenho profundo com uma área de A1. Após a estampagem profunda, ela se tornará uma grade retangular com uma área de A2, que é equivalente a uma fenda em forma de cunha que puxa a grade do setor da mesma maneira. Sob a ação de tensões compressivas tangenciais e tensões de tração radial, o metal produz deformação por alongamento radial e deformação por compressão tangencial para formar uma grade retangular.
• De acordo com a medição, a espessura do fundo é ligeiramente menor (geralmente ignorado), e a espessura da parede do cilindro aumenta gradualmente do fundo para a boca, como mostrado na Figura 1-7, o que indica que a boca do cilindro tem um grande grau de deformação e uma grande quantidade de metal transferido. Mas porque a espessura média da peça desenhada é quase igual à espessura da peça em branco, ignorando a ligeira mudança de espessura pode ser aproximado, pois a área da pequena unidade permanece inalterada antes e depois do desenho, ou seja, A₁= A₂, indicando que a área da superfície da peça bruta e da peça é igual antes e depois do desenho.

Além disso, devido aos diferentes graus de deformação e endurecimento por trabalho dos blanks, a dureza de cada parte da parede do cilindro ao longo da direção da altura também é diferente, e a dureza da boca da peça é maior, conforme mostrado na Figura 1- 7

Em resumo, as características de deformação durante a estampagem profunda podem ser resumidas como segue.

• O material sob o punção basicamente não é deformado e se torna a parte inferior do cilindro após a estampagem profunda. A deformação está concentrada principalmente na área do flange plano na superfície da matriz (a parte do anel de Dd), que é a principal área de deformação da deformação de desenho.
• A deformação da zona de deformação é irregular. É comprimido e encurtado na direção tangencial e esticado na direção radial. Quanto mais vai à boca, mais comprime e estica. A espessura da folha na boca é aumentada.

Estresse e tensão durante a estampagem profunda

Ao analisar a tensão e a deformação da folha durante o processo de desenho, ajudará a resolver os problemas do processo no trabalho de desenho e a garantir a qualidade do produto. No processo de repuxo profundo, o material tem diferentes estados de tensão e deformação em diferentes partes. As peças cilíndricas são as peças de repuxo profundo mais simples e típicas. A Figura 1-8 mostra a tensão e a deformação de uma peça cilíndrica em um determinado estágio do primeiro desenho com um suporte de chapa. O significado de cada símbolo na figura é o seguinte.

σ₁, ε₁—A tensão e deformação radial;

σ₂, ε₂—A tensão e a deformação na direção da espessura;

σ₃, ε₃- estresse e deformação na direção tangencial.

De acordo com os diferentes estados de tensão e deformação, a peça bruta desenhada pode ser dividida em 5 áreas: Zona I é a parte do flange, que é a principal zona de deformação do processo de desenho; A Zona II é o canto do dado, que é uma zona de transição; Ⅲ Zona é a parte da parede do cilindro, que desempenha a função de transmitir força; A zona IV é a parte arredondada do punção, que também é uma zona de transição; A zona V é a parte inferior do cilindro, que pode ser considerada sem deformação plástica.

No local um pouco acima do canto da parede do cilindro e da parte inferior, a tensão de tração σ₁ gerado é relativamente grande porque a área da seção transversal para transmitir a força de extração é pequena. Ao mesmo tempo, há menos material que precisa ser transferido neste local, então o grau de deformação do material é muito pequeno, o endurecimento por trabalho é menor e a resistência do material também é menor. Em comparação com os cantos arredondados do punção, não há maior resistência ao atrito como os cantos arredondados do punção. Portanto, durante o processo de repuxo, o desbaste é mais grave nos cantos da parede do cilindro e na parte inferior, que se torna a parte mais fraca de toda a peça. Esta seção geralmente é chamada de “seção perigosa”. Se a tensão σ₁ na seção perigosa excede o limite de resistência do material, a parte desenhada será rachada lá. Mesmo que não haja rachaduras, o material torna-se muito fino no local devido ao estresse excessivo, fazendo com que a peça seja sucateada devido ao excesso de tolerância.

A partir da análise acima, pode-se observar que os principais problemas de qualidade durante o repuxo profundo são rugas na área do flange plano e rachaduras na “seção perigosa”.

Problemas no processo de repuxo profundo

Ruga

Durante a estampagem profunda, devido à tensão compressiva tangencial σ₃ do material do flange, quando essa tensão compressiva atinge um determinado nível, a direção tangencial do material em folha será arqueada devido à instabilidade, que produz ondas na direção tangencial em torno do flange. A curvatura contínua da forma é chamada de enrugamento, conforme mostrado na Figura 1-9 (a). Quando a peça desenhada é enrugada, o material na zona de deformação do flange do isqueiro ainda pode ser puxado para dentro da matriz, mas causará ondulações na boca da peça de trabalho, conforme mostrado na Figura 1-9 (b), que afetará a qualidade da peça de trabalho. Quando o enrugamento é severo, a parte desenhada será quebrada porque o material do flange após o enrugamento não pode passar pela lacuna entre as matrizes convexas e côncavas, conforme mostrado na Figura 1-9 (c). As rugas são uma das principais causas de desperdício na repuxo.

Se as rugas durante o desenho estão relacionadas ao tamanho de σ₃, e também para a espessura relativa do espaço em branco t / D, e σ₃ está relacionado ao grau de deformação do desenho. Quando o grau de deformação de cada desenho é grande e a espessura relativa t / D da peça bruta é pequena, ela enrugará. A medida mais eficaz para prevenir o enrugamento (e a mais comumente usada na produção) é usar um anel de crimpagem. A redução do grau de deformação do desenho e o aumento da espessura da peça bruta também podem reduzir a tendência de enrugamento.

Rascensão

O enrugamento não significa que a deformação do material em folha atingiu o limite, porque o grau de deformação ainda pode ser melhorado após medidas como a pressurização do anel de borda. À medida que o grau de deformação aumenta, a força de deformação também aumenta. Quando a força de deformação é maior do que a capacidade de carga da seção perigosa, a parte desenhada será quebrada, conforme mostrado na Figura 1-10. Portanto, a capacidade de carga da seção perigosa é a chave para determinar se a estampagem profunda pode ocorrer sem problemas.

Se a seção perigosa é quebrada durante Desenho profundo depende das propriedades do material, do grau de deformação, do raio do filete do molde e das condições de lubrificação. Na prática de produção, os materiais com um grande índice de endurecimento e uma pequena taxa de escoamento são geralmente usados para estampagem profunda e medidas como aumentar apropriadamente o raio do filete convexo e côncavo do desenho, aumentar o número de tempos de estiramento e melhorar a lubrificação para evitar o ocorrência de fissuras.

Endurecimento

O processo de estiramento é um processo no qual a peça bruta sofre deformação plástica, que deve ser acompanhada de um endurecimento por trabalho. Portanto, em comparação com o vazio, a dureza e a resistência da peça obtida após o estiramento aumentaram e a plasticidade e a tenacidade diminuíram. Através do teste de grade, pode-se verificar que a deformação da peça bruta em cada área durante o processo de estampagem é desigual, desde a pequena área de deformação na parte inferior até a área de deformação principal do flange da boca do cilindro, portanto as propriedades de o material deformado após o desenho também é irregular. A distribuição da dureza da peça estirada aumenta gradualmente do fundo para a boca, como mostrado na Figura 1-7, e uma seção perigosa com o endurecimento por trabalho mais insuficiente aparece perto do canto redondo do punção. Isso é exatamente o oposto dos requisitos do processo. Do ponto de vista do processo, a fim de evitar rachaduras durante o processo de puncionamento, o endurecimento da parte inferior da peça de estiramento deve ser grande, e o endurecimento da boca deve ser pequeno.

Devido ao endurecimento por trabalho das peças repuxadas, sua resistência e rigidez são maiores do que as do material vazio, o que é benéfico para melhorar a vida útil das peças repassadas. No entanto, quando o desenho é desenhado várias vezes, a plasticidade da peça desenhada é reduzida e a peça semiacabada é difícil de deformar quando é desenhada novamente. Portanto, o grau de deformação de cada vez deve ser selecionado corretamente, e se a peça semiacabada precisa ser recozida para restaurar sua plasticidade. Especialmente para alguns metais com forte capacidade de endurecimento (aço inoxidável, aço resistente ao calor, etc.), você deve prestar mais atenção. Por exemplo, o aço inoxidável 1Cr18Ni9Ti é muito sensível ao endurecimento por trabalho a frio na deformação plástica. Um pequeno grau de deformação causará sua dureza e resistência. O aumento é óbvio, portanto, muitas vezes é impossível escolher esse tipo de peça em branco para vários desenhos profundos.

Lugs

Quando a parte cilíndrica é desenhada, a irregularidade regular na extremidade da boca da parte desenhada é chamada de lug. O motivo das saliências é a anisotropia da folha. Na direção onde o coeficiente de diretividade da espessura da placa é baixo, a placa torna-se mais espessa e a altura da parede do cano é menor; na direção em que o coeficiente de diretividade da espessura da placa é alto, a espessura da placa muda pouco e a altura da parede do cilindro é maior. Durante a estampagem profunda, quanto maior o coeficiente de diretividade do plano da placa Δr, mais sério é o fenômeno de protrusão.