Дълбоко изтегляне: Механика на процеса, коефициенти на изтегляне и предотвратяване на дефекти
Ключови данни: Ограничителното съотношение на първо изтегляне е 2,0:1 за стомана и 1,6:1 за алуминий. Съотношенията на преначертаване спадат до 1,3–1,5:1 на етап. Скоростите на изтегляне варират от 5 до 50 м/мин в зависимост от материала и геометрията. Силата на празния държач обикновено се равнява на 0,5–1,5% от границата на провлачване на материала × празна площ. Изтъняването на стените се контролира в рамките на 10–15% от първоначалната дебелина при квалифицирани процеси.
Какво е дълбоко рисуване?
Дълбоко изтеглянеформоване на металетален процес на формоване, при който плоска заготовка се изтегля радиално във формоваща матрица чрез механичното действие на щанца, произвеждайки безшевен, кух компонент с дълбочина, която надвишава диаметъра му. За разлика от операциите по щамповане, които предимно режат или огъват материал, дълбокото изтегляне пластично деформира метала в триизмерни форми като чаши, консервни кутии, черупки, корпуси и панели на каросерията на автомобили.
Терминът „дълбоко“ се отнася до съотношението дълбочина към диаметър: когато изтеглената дълбочина надвишава диаметъра на частта, процесът се класифицира като дълбоко изтегляне. Части със съотношения на дълбочина към диаметър над 1,0 обикновено изискват множество етапи на чертане (пречертаване), за да се постигне крайната геометрия без повреда на материала. В Dongguan Chenghui Intelligent Technology, ние рутинно произвеждаме дълбоко изтеглени части с коефициенти на изтегляне до 2,2 в един етап и до 3,5 в множество етапи за материали като DC04 студено валцована стомана и 304 неръждаема стомана.
Дълбокото изтегляне се използва широко в различни индустрии — от автомобилостроенето (маслени корита, резервоари за гориво, корпуси на сензори) до електроника (батерия кутии, конектори), медицински устройства (кожуси за хирургически инструменти), и aerospace (леки структурни заграждения). Процесът осигурява детайли с отлична повърхностна обработка, тесни толеранси на размерите (±0,05 mm постижими) и постоянни механични свойства, дължащи се на втвърдяване при деформация.
Процесът на дълбоко изтегляне: стъпка по стъпка
1. Подготовка на заготовката
Процесът започва с изрязване — изрязване на плоско парче ламарина (заготовката) до изчисления диаметър. Диаметърът на заготовката се определя с помощта на принципа на постоянната повърхностна площ: повърхността на заготовката трябва да е равна на повърхността на завършената част, плюс малка надбавка за подрязване. За цилиндрична чаша без фланец диаметърът на празната заготовка D може да бъде приблизително изчислен като:
D = √(d² + 4dh) — където d е вътрешният диаметър на чашата и h е височината на чашата.
Заготовката обикновено се извършва на механична преса с помощта на заготовка. Използването на материали е ключов разходен фактор тук; оптимизирането на гнездене може да постигне 70-85% използване на материала за кръгли заготовки. Лубрикантът се нанася върху празната повърхност преди рисуване, за да се намали триенето и да се предотврати натъртване.
2. Първа операция по изтегляне
Заготовката се поставя върху кухина на матрицата и поансонът се спуска надолу, принуждавайки метала да тече пластично в матрицата. Държач за заготовка (наричан също изтеглящ пръстен или свързващо устройство) прилага контролиран натиск върху областта на фланеца на заготовката, предотвратявайки набръчкването, като същевременно позволява на материала да тече навътре. Хлабината между поансона и матрицата обикновено варира от 1,1t до 1,3t (където t е дебелината на материала), осигурявайки плавен поток на материала без гладене.
The ограничаващ коефициент на изтегляне (LDR) — максималното съотношение на диаметъра на заготовката към диаметъра на щанцата, което може да бъде изтеглено на един етап без повреда — обикновено варира от 1,8 до 2,2 за стоманени сплави, 1,6 до 1,9 за алуминий и 1,4 до 1.7 за неръждаема стомана. Превишаването на LDR изисква няколко етапа.
3. Преначертаване и гладене
Когато целевата дълбочина надвиши едноетапния LDR, частично изтеглената чаша претърпява едно или повече преначертаване операции. Всеки етап на преначертаване прогресивно намалява диаметъра и увеличава дълбочината. Между етапите частта може да изисква процес на отгряване за облекчаване на втвърдяването при работа и възстановяване на пластичността – критично за материали като неръждаема стомана 304 и алуминиеви сплави за дълбоко изтегляне (напр. 5052-O).
Гладене е свързан процес, при който стената на чашата се изтънява и удължава чрез преминаване през серия от матрици с прогресивно по-малки хлабини, произвеждайки еднаква дебелина на стената. Гладенето обикновено се използва за кутии за напитки и тънкостенни тръбни компоненти.
Коефициенти на изтегляне, граници и правила за проектиране
Разбирането на коефициентите на изтегляне е фундаментално за успешното проектиране на дълбоко изтегляне. Ключовите параметри включват:
- Коефициент на изтегляне (β) = D/d — където D е диаметърът на заготовката, а d е диаметърът на поансона. β от 2,0 означава, че заготовката е два пъти по-голяма от диаметъра на поансона.
- Коефициент на намаление (r) = (D – d)/D × 100% — много инженери предпочитат да изразят намаляването като процент.
- Съотношение дебелина към диаметър (t/D) — критичен параметър: стойности над 1% обикновено позволяват по-високи коефициенти на изтегляне.
За обикновени материали препоръчителните максимални коефициенти на изтегляне на първи етап са: мека стомана DC01/DC04: 2,0-2,2, 304 неръждаема стомана: 1,8-2,0, 5052 алуминий (O-temper): 1.8-2.0и мед C11000: 1.9-2.1. Междуетапното отгряване може да увеличи кумулативните коефициенти на изтегляне до 3,0 или по-високи.
Правилата за проектиране на дълбоко изтеглени части включват: поддържане на минимален радиус на ъглите от 1-2 × дебелина на материала при носа на щанцата и 4-8 × дебелина при входния радиус на матрицата, избягване на резки преходи, които концентрират напрежението, и проектиране за еднаква дебелина на стената, освен ако не е планирано гладене.
Често срещани дефекти и предотвратяване
Набръчкване (набръчкване на фланеца)
Набръчкване възниква в зоната на фланеца, когато напрежението на натиск надвишава съпротивлението на изкълчване на материала. Предотвратяване: увеличете силата на държача на заготовката (BHF), оптимизирайте BHF през целия ход (променливи BHF системи) и осигурете правилно смазване в зоната на фланеца. Добрият начален BHF е приблизително 1,5-2,5% от границата на провлачване на материала, умножена по площта на фланеца.
Разкъсване и счупване
Разкъсването обикновено се случва в радиуса на носа на поансона или чашата стена, където материалът изпитва най-голямо напрежение на опън. Основните причини включват: прекомерно съотношение на изтегляне, недостатъчна хлабина на държача на заготовката (захващащ материал), износени радиуси на матрицата или неадекватно смазване от страната на поансона. Предотвратяване: останете в границите на LDR, поддържайте полирани повърхности на матрицата (Ra ≤ 0,2 μm) и нанесете диференциално смазване — смазка в областта на фланеца, минимална смазка върху носа на перфоратора, за да увеличите максимално триенето, където е необходимо.
Пружинно връщане и отклонение на размерите
След прибиране на поансона, еластичното възстановяване кара частта да пружинира леко назад, особено при отвора на чашата и стената. Пружината е по-силно изразена при високоякостни материали и алуминиеви сплави. Предотвратяване: компенсирайте геометрията на матрицата, използвайте операции за повторно затягане или оразмеряване и вземете предвид съотношението модул на еластичност към якост на провлачване на материала, когато предвиждате пружинно връщане.
Обици
Обици се отнасят до вълнообразни ръбове в горната част на изтеглена чаша, причинени от равнинна анизотропия (различни свойства в различни посоки на листа). Това води до загуба на материал по време на подрязване. Предотвратяване: използвайте листови материали с ниски характеристики на раздробяване (напр. алуминиеви сплави 5052 и 3003), оптимизирайте ориентацията на заготовката по отношение на посоката на валцоване и позволете достатъчно допустимо отрязване (5-10% от височината на чашата).
Материали за дълбоко изтегляне
Изборът на материал пряко влияе върху способността за изтегляне, живота на инструмента и цената на частта. Най-често използваните дълбоко изтеглени материали включват:
- Стомана с ниско съдържание на въглерод (DC01, DC04, SPCC, SPCD): Отлична възможност за изтегляне, ниска цена. Коефициенти на изтегляне до 2,2 едностепенни. Идеален за автомобилни скоби, панели за уреди и общи индустриални части.
- Неръждаема стомана (304, 316L, 430): Устойчивост на корозия и висока якост. По-трудно за рисуване поради закаляване при работа; изисква междуетапно отгряване. Използва се за кухненски мивки, медицински изделия и оборудване за химическа обработка.
- Алуминиеви сплави (1050, 3003, 5052-O): Леки с добра форма. 5052-O по-специално предлага отлична възможност за дълбоко изтегляне. Често срещан в корпуси на електроника, леки автомобилни конструкции и контейнери за храна.
- Мед и месинг (C11000, C26000): Отлична проводимост и формоспособност. Използва се за електрически съединители, водопроводни компоненти и декоративен хардуер.
Температурата на материала (отгрята срещу твърдо валцована) значително влияе върху способността за изтегляне — винаги посочвайте темперирана (O-температура) или качество за дълбоко изтегляне (DQ) за операции на формоване.
Дълбоко изтегляне срещу други процеси на металоформоване
В сравнение с конвенционално щамповане, дълбокото изтегляне създава по-дълбоки, по-сложни кухи форми. За разлика от прогресивно щамповане , който превъзхожда плоски или огънати части с голям обем, дълбокото изтегляне е специализирано в безшевни кутии. В сравнение с въртене на метал, дълбокото изтегляне предлага по-бързи времена на цикъла (5-20 удара/минута спрямо минути на центрофугирана част) и превъзходна повторяемост за производствени обеми над 10 000 броя. В сравнение с хидроформоване, дълбокото изтегляне има по-ниска сложност на инструментите и по-бързо време за настройка за симетрични части.
За насоки относно избора на оптималния процес за вашата геометрия на детайла посетете нашата страница производител на метални щампования с пълен набор от услуги или поискайте оферта за безплатен преглед на DFM.
Често задавани въпроси
Каква е разликата между дълбоко изтегляне и щамповане?
Дълбокото изтегляне е специфичен тип щамповане, който създава кухи, безшевни части чрез радиално изтегляне на ламарина в кухината на матрицата. Докато цялото дълбоко изтегляне е щамповане, не всяко щамповане е дълбоко изтегляне - повечето операции по щамповане включват рязане, огъване или плитко формоване. Ключовата разлика е съотношението дълбочина към диаметър: когато надвишава приблизително 0,5, процесът се счита за дълбоко изтегляне.
Какво е максималното постижимо съотношение на теглене?
За един етап на изтегляне максималният коефициент на изтегляне обикновено е 2,0-2,2 за мека стомана, 1.8-2.0 за неръждаема стоманаи 1.8-2.0 за алуминиеви сплави. В множество етапи с междуетапно отгряване са постижими кумулативни коефициенти на изтегляне от 3,0-4,0. Точната граница зависи от свойствата на материала, геометрията на матрицата, условията на смазване и скоростта на пресата.
Колко дебели могат да бъдат дълбоко изтеглените части?
Дълбокото изтегляне обхваща широк диапазон на дебелина — от 0,1 mm фолио за микрокомпоненти (кутии за батерии, сензорни чаши) до 12-16 mm за структурни части с голям габарит (съдове под налягане, големи автомобилни компоненти). Съотношението дебелина/диаметър (t/D) е критичният параметър, а не само абсолютната дебелина.
Може ли дълбокото изчертаване да се комбинира с други процеси?
Да. Дълбокото изтегляне често се комбинира с пробиване (създаване на дупки в изтеглената част), флангиране (оформяне на устна около дупки или ръбове), щамповане (създаване на повдигнати елементи) и нарязване на резба (оформяне на вътрешни или външни резби). Тези операции често могат да бъдат интегрирани в един прогресивен или трансферен инструмент, намалявайки вторичните разходи за обработка.
Как да разбера дали моята част е подходяща за дълбоко изтегляне?
Изпратете своя чертеж на част или 3D модел на нашия инженерен екип за безплатен преглед на DFM (Дизайн за производителност) чрез нашия RFQ страница. Ние оценяваме коефициентите на изтегляне, радиусите на ъглите, избора на материал и изискванията за толерантност, за да определим оптималната стратегия за формоване и да предоставим подробен доклад за осъществимост в рамките на 24 часа.
Свързани ресурси
- Ръководство за щамповане с дълбоко изтегляне — Насоки за процес, материали и дизайн за щамповане с дълбоко изтегляне.