Metalo štampavimas ir defektai: metalo štampavimas

Kiekviena metalo štampavimo operacija susiduria su defektais – įtrūkimai, įtrūkimai, raukšlės, spyruoklės ir paviršiaus įbrėžimai yra proceso dalis. Skirtumas tarp pelningos gamybos ir laužo krūvos yra tai, kaip greitai nustatote pagrindinę priežastį ir įgyvendinate taisomuosius veiksmus. Metalo štampavimo detalės, mūsų kokybės komanda užfiksavo daugiau nei 200 defektų modelių per 20 ir daugiau metų progresinio štampavimo, perkėlimo štampavimo ir giluminio štampavimo metų. Šiame vadove pateikiami dažniausiai pasitaikantys defektai, pagrindinės jų priežastys ir patvirtinti taisymo veiksmai.

Antspaudavimo defektas yra bet koks nukrypimas nuo nurodytų štampuotos dalies matmenų, paviršiaus ar funkcinių reikalavimų, atsirandančių dėl medžiagos savybių, štampavimo būklės, presavimo parametrų arba tepimo problemų formavimo proceso metu.

Įprastų metalo štampavimo defektų apžvalga

Antspaudavimo defektai skirstomi į penkias kategorijas pagal jų atsiradimo vietą. Supratus kategoriją, trikčių šalinimo sritis susiaurėja:

• Medžiagos defektai — nenuoseklus kietumas, storio kitimas, intarpai, grūdelių krypties problemos
• Štampo defektai — susidėvėję kraštai, nuskilę įdėklai, netinkamai išlygiuotos stotys, netinkamas tarpas
• Spaudos defektai — tonažo pokytis, slydimo poslinkis, greičio nenuoseklumas, pagalvės slėgis
• Tepimo defektai — nepakankamas tepalas, netinkamas klampumas, netaikymas.
• Dizaino defektai — siauri spinduliai, nepakankamas tempimo laipsnis, blogas ruošinio vystymasis, trūksta reljefų

Įdubų susidarymo ir kraštų kokybės problemos

Įtrūkimai yra labiausiai paplitęs štampavimo defektas – beveik kiekviena užkimšimo ir pradurimo operacija sukuria tam tikrą įbrėžimą. Kyla klausimas, ar šerdelės aukštis viršija specifikaciją.

Pagrindinės perteklinių įdubimų priežastys

• Susidėvėję perforavimo arba štampavimo kraštai - #1 priežastis. Su kiekvienu brūkštelėjimu štampuokite kraštai palaipsniui. Anglinio plieno įrankiai praranda ryškumą po 500 000–1 000 000 smūgių; karbidas išlaiko krašto kokybę 5 000 000 ir daugiau kartų.
• Neteisingas tarpas — per ankšta arba per plati prošvaisa sukuria skirtingus šlifavimo raštus. Optimalus tarpas yra 5–8% medžiagos storio vienoje pusėje bendram išlyginimui, 3–5% tiksliam darbui.
• Medžiagos kietumo pokytis — gaunama medžiaga, kietesnė nei nurodyta, reikalauja didesnės kirpimo jėgos, todėl susidaro apvirtimas ir įtrūkimai. Patikrinkite gaunamos ritės kietumą pagal štampo konstrukcijos specifikaciją.
• Pakrovimas ne centre – asimetrinės dalys arba prastai centruoti ruošiniai sukelia netolygų perforatoriaus sujungimą, todėl susidėvėjimas susikaupia vienoje pusėje.

Corrective Actions

Įtrūkimai ir lūžiai formuojant

Įtrūkimai atsiranda, kai pritaikyta deformacija viršija medžiagos pailgėjimo gebą. Tai brangiausia defektų kategorija – įtrūkusios dalys yra 100% laužas.

Įprasti įtrūkimų tipai

• Krašto įtrūkimai — įtrūkimai prasidedantys nuo nupjauto ruošinio krašto, plintantys į suformuotą plotą. Atsiranda dėl įtempių koncentracijos, susidariusios dėl įbrėžimų, krašto būklės dėl ankstesnio kirpimo arba dėl mažo krašto tempimo medžiagos (AHSS klasės).
• Spindulinis įtrūkimas — įtrūkimai išoriniame lenkimo ar traukos spindulio paviršiuje. Atsiranda dėl per mažo medžiagos lenkimo spindulio spindulio arba lenkimo lygiagrečiai riedėjimo krypčiai.
• Perėjimas nuo raukšlių iki įtrūkimų — giliai tempiant, per didelis ruošinio laikiklio slėgis neleidžia susiraukšlėti, bet perplonina sienelę, sukeldamas lūžį štampo spinduliu.
• Kampinis įtrūkimas – įtrūkimai stačiakampių brėžinių kampuose, kai medžiaga vienu metu tempiasi dviem kryptimis. Norint valdyti metalo srautą, reikia brėžinių karoliukų arba papildomos geometrijos.

Prevencijos strategijos

• Patikrinkite medžiagos pailgėjimą – gaunama medžiaga turi atitikti nurodytą minimalų pailgėjimą (pvz., ≥37 % SPCC, ≥41 % SPCE). Prašykite malūno bandymo ataskaitos su kiekviena ritė.
• Laikykitės minimalių lenkimo spindulių — atkaitintas 304 nerūdijantis: 1,0T; 6061-T6 aliuminis: 3,0T; DP780 plienas: 1,5T. Projektavimo spindulys ≥ minimalus jūsų lydiniui ir atsparumui.
• Orientuokite lenkimus statmenai grūdelių krypčiai — lenkimas lygiagrečiai riedėjimo krypčiai sumažina galimą pailgėjimą 20–40%.
• Naudokite FEA modeliavimą – formavimo modeliavimo programinė įranga (AutoForm, PAM-STAMP, LS-DYNA) numato plonėjimą, įtrūkimus ir susiraukšlėjimą prieš statant štampus. 5000 USD modeliavimas gali užkirsti kelią 50 000 USD vertės štampų perdirbimui.

Susiraukšlėjimas giliai trauktose dalyse

Susiraukšlėjimas giliajame tempime atsiranda, kai gniuždymo lanko įtempis flanše, sukeliantis atsparumą radialiniam susitraukimui, viršija medžiagos atsparumą lenkimui. piešimo potėpis.

Susiraukšlėjimas yra įtrūkimų atitikmuo – per mažas tuščio laikiklio slėgis leidžia susiraukšlėti; per daug sukelia įtrūkimus. Optimalaus lango paieška yra pagrindinis gilaus tempimo štampų kūrimo iššūkis.

Pagrindinės priežastys

• Nepakanka tuščio laikiklio jėgos – dažniausia priežastis. Palaipsniui didinkite pagalvėlės slėgį, kol raukšlės išnyks ir nesumažės.
• Per didelis tempimo laipsnis — vieno tempimo riba yra ~2,0 plienui, ~1,8 nerūdijančiam ir aliuminiui. Norint tai viršyti, reikalingas kelių etapų piešimas su tarpiniu atkaitinimu.
• Netolygus tepimas — Tepalo perteklius vienoje pusėje sumažina vietinę trintį, todėl ši sritis gali greičiau pamaitinti ir užsisegti.
• Tuščio forma — apvalūs ruošiniai apvaliems puodeliams; Neapvaliems ruošiniams reikia optimizuotų formų (sukurtų iš FEA arba bandomo), kad išlygintų metalo srautą.

Corrective Actions

• Padidinkite ruošinio laikiklio jėgą 5–10 % žingsniais, kol išnyks raukšlės
• Pridėkite traukimo rutuliukų, kad valdytumėte metalo srautą konkrečiose zonose
• Perjungti iš plokščio ruošinio laikiklio į pakopinį arba kontūrinį ruošinio laikiklio profilį
• Jei tempimo koeficientas viršija vieno etapo ribą, pridėkite perbraižymo stotį
• Sumažinkite tepalo klampumą arba perjunkite į didesnės trinties tepalą tuščio laikiklio pusėje

Atraminės matmenų klaidos

Springback sukelia elastingą formos atsigavimą, kuris dalinai atsistato į pradinę forma. Tai didžiausias štampuotų posūkių matmenų paklaidos šaltinis.

Spyruoklė paveikia kiekvieną sulenktą ar suformuotą dalį. Dydis priklauso nuo medžiagos takumo ribos, lenkimo spindulio ir storio santykio (R/T) ir lenkimo kampo. Didelio stiprumo plienas (AHSS) ir aliuminio lydiniai pasižymi žymiai didesne spyruokle nei švelnus plienas.

Kiekybinis Springback

• Švelnus plienas (SPCC): 0,5–1,5° atstumas 90° posūkyje, R/T = 1
• Nerūdijantis 304: 2–4° spyruoklė tomis pačiomis sąlygomis
• DP780 AHSS: 4–8° spyruoklinis atstumas – reikalingas agresyvus kompensavimas
• 6061-T6 aliuminis: 3–5° spyruoklė

Kompensavimo metodai

• Perlenkimas – suprojektuokite štampavimo kampą taip, kad jis išlinktų per numatytą atstūmimo dydį. Veiksmingiausias paprastiems lenkimams.
• Apatinis / kalimas — naudokite didžiulę jėgą, kad plastiškai nustatytumėte lenkimą prie lenkimo ir sumažintumėte atsparumą. Reikia 5–10 kartų oro lenkimo tonažo.
• Kintamasis R/T – griežtesnis smūgio spindulys sumažina atstumą, bet padidina įtrūkimų riziką. Raskite mažiausią spindulį, kuris netrūktų.
• Karštas formavimas – AHSS klasėms, viršijančioms 980 MPa, šiltas formavimas 200–300 °C temperatūroje labai sumažina atsparumą, išlaikant stiprumą po gesinimo.

Paviršiaus defektai: įbrėžimai, įbrėžimai ir paėmimas

Paviršiaus defektai štampavimo metu atsiranda dėl štampavimo ir ruošinio sąveikos. Metalo perkėlimas (geltėjimas), abrazyviniai įbrėžimai ir štampo surinkimas sukuria matomas žymes, kurios yra nepriimtinos kosmetiniams ar funkciniams paviršiams.

Geležis ir metalo perkėlimas

Dėmės atsiranda, kai mikroskopinis suvirinimas tarp ruošinio ir štampavimo paviršiaus perkelia medžiagą į štampus, todėl vėlesnėse dalyse atsiranda vis daugiau įbrėžimų. Austenitinis nerūdijantis plienas (304, 301) yra blogiausias pažeidėjas dėl savo polinkio sukietėti ir lipnumo.

• Prevencija: Padidintas DNR paviršius, LCD įrankiai. iki ≥60 HRC, tepkite aukšto slėgio tepalus su EP (ekstremalaus slėgio) priedais, sumažinkite formavimo greitį.
• Štampo priežiūra: poliruoti štampo paviršius kas 10 000–50 000 smūgių; pakartotinai užtepkite dangą, kai matomas nusidėvėjimas.

Štampo ženklai ir štampavimo linijos

• Štampos linijos — pakeltos linijos dalies paviršiuje, atitinkančios štampo spindulio perėjimus. Kosmetinių dalių poliravimo štampo spindulys iki Ra ≤ 0,2 µm.
• Įtempimo linijos (Lüders juostos) — matomos linijos ant mažai anglies išskiriančio plieno paviršių dėl nepertraukiamo tekėjimo. Pašalinkite nurodant odoje apdorotą (grūdinto valcavimo) plieną arba iš anksto įtempiant ruošinį 2–3%.
• Paėmimas — aliuminio ir vario lydiniai gali nusodinti medžiagą ant štampo paviršių. Naudokite chromuotus arba poliruotus karbido štampus su atitinkamu tepalu.

Matmenų neatitikimas

Be atspyrimo, keli kiti veiksniai sukelia štampuotų dalių matmenų gedimus:

• Medžiagos storio kitimas — ±10 % įeinančios ritės storio pokytis tiesiogiai reiškia ±10 % suformuotų dalių matmenų pokytį. Nurodykite griežtus storio nuokrypius (±0,05 mm tikslioms dalims) ir patikrinkite gaunamą medžiagą.
• Susidėvėjimas — laipsniško štampavimo stotys dėvisi skirtingu greičiu. Pirmosios kelios uždarymo stotys paprastai susidėvi greičiau nei formavimo stotys. Stebėkite matmenų tendencijas, kad galėtumėte numatyti, kada reikia šlifuoti.
• Šiluminis plėtimasis — didelės spartos štampavimas (600+ SPM) gamina šilumą štampelyje ir sukelia šilumos augimą. Atliekant precizinį darbą, naudokite kontroliuojamą temperatūrą aušinimo skystį ir dizaino štampus su šilumine kompensacija.
• Juostos padavimo tikslumas — laipsniškas štampavimo žingsnio tikslumas priklauso nuo tiekimo ritinio būklės ir kontrolinio kaiščio įsijungimo. Susidėvėję padavimo ritinėliai sukelia ±0,1–0,3 mm žingsnio paklaidą, kaupiasi tarp stočių.

Su medžiagomis susiję defektai

Intarpai ir laminavimas

Nemetaliniai intarpai (oksidai, sulfidai) plieninėje mikrostruktūroje veikia kaip įtempių koncentratoriai, sukeldami įtrūkimus formuojant arba priešlaikinį nuovargio gedimą eksploatuojant. Įtraukimai, viršijantys ASTM E45 A 2.0 tipo arba B 1.5 tipo ASTM E45 įvertinimą, turėtų sukelti kritinių dalių medžiagos atmetimą.

AHSS kraštų įtrūkimai

Pažangūs didelio stiprumo plienai (DP, TRIP, CP klasės) pasižymi žymiai mažesniu briaunų tempimu nei švelnaus plieno. Nukirptas kraštas, kuris išlieka susiformavęs SPCC, gali įtrūkti DP780. Sušvelninimas: naudokite lazeriu išpjautas arba frezuotas briaunas, o ne nukirptas briaunas, kad būtų pritaikytas įtempiamas flanšas; brėžinyje nurodykite briaunų kokybę (įpjovos aukštį, apvertimo gylį).

Apelsinų žievelės paviršius

Per didelis grūdelių augimas (dėl atkaitinimo per aukštoje temperatūroje arba per ilgai) ant suformuotų paviršių susidaro matoma „apelsino žievelės“ tekstūra. Kontroliuokite atkaitinimo temperatūrą ±10°C ir nurodykite maksimalų grūdelių dydį (ASTM E112 grūdelių dydžio numeris ≥ 6 kosmetinėms dalims).

Greita trikčių šalinimo nuoroda

Prevencinė priežiūra defektų prevencijai

Pats ekonomiškiausias štampavimo defektų valdymo būdas yra prevencija atliekant sistemingą štampo priežiūrą:

• Kiekviena pamaina: vizualinis pirmosios ir paskutinės dalių patikrinimas; patikrinkite, ar nėra įtrūkimų, įtrūkimų ir paviršiaus žymių
• Kas 10 000–25 000 smūgių: išmatuokite kritinius pavyzdinių dalių matmenis; patikrinkite kraštų kokybę
• Kas 50 000–100 000 smūgių: detali štampo patikra; išmatuoti perforavimo ir štampavimo tarpą; patikrinkite kreipiamuosius kaiščius ir įvores
• Kas 200 000 smūgių: pilnas štampo išardymas, valymas, kraštų šlifavimas ir komponentų keitimas
• Trasos SPC duomenys – matmenų tendencijos atskleidžia besivystančias problemas prieš gaminant laužą. Cpk sumažėjimas nuo 1,5 iki 1,2 rodo, kad reikia prižiūrėti.

Dažniausiai užduodami klausimai

Kokia yra dažniausia metalo štampavimo įbrėžimų priežastis?

70–80 % nusiskundimų dėl įtrūkimų yra nusidėvėję perforavimo ir štampavimo briaunos. Perforavimo kraštai laipsniškai nuobodu su kiekvienu smūgiu – anglinio plieno įrankius reikia šlifuoti kas 500 000–1 000 000 smūgių, o karbido įrankiai išlaiko kraštų kokybę daugiau nei 5 000 000 smūgių. Prevencinio šlifavimo tvarkaraščio sudarymas, pagrįstas dalių kokybės duomenimis, pašalina daugumą šlifavimo problemų prieš joms pasiekiant klientą.

Kaip išvengti įtrūkimų štampuojant pažangųjį didelio stiprumo plieną (AHSS)?

AHSS klasės (DP590, DP780, DP980, MS1200) turi mažesnį pailgėjimą ir briaunų tempimą nei švelnus plienas. Pagrindinės prevencinės priemonės: (1) projektinis lenkimo spindulys ≥ 1,0T DP590, ≥ 1,5T DP780, ≥ 2,5T DP980; (2) nukreipti posūkius statmenai riedėjimo krypčiai; (3) naudokite lazeriu išpjautas arba frezuotas briaunas, o ne nukirptas briaunas, kad būtų įtemptos flanšo savybės; (4) nurodyti aukšto slėgio tepalus su EP priedais; (5) apsvarstykite šiltą formavimą (200–300 °C) reikliausioms geometrijoms.

Kas sukelia grįžimą ir kaip tai kompensuoti?

Springback yra elastingas atsistatymas po formavimo – dalis iš dalies grįžta į pradinę formą. Jis didėja esant didesnei takumo ribai, didesniam R/T santykiui ir mažesniam lenkimo kampui. Kompensavimo metodai apima perlenkimą (projektinis štampavimo kampas 2–8° už taikinio, priklausomai nuo medžiagos), dugno įleidimas / kalimas (5–10 × oro lenkimo tonažas) ir griežtesnių smūgio spindulių naudojimas. Jei AHSS viršija 980 MPa, karštasis formavimas 200–300 °C temperatūroje užtikrina patikimiausią spyruoklės valdymą.

Kaip pašalinti giluminio piešimo susiraukšlėjimo triktis?

Susiraukšlėjimas atsiranda dėl nepakankamo ruošinio laikiklio slėgio, per didelio tempimo laipsnio arba netolygaus tepimo. Pradėkite didindami ruošinio laikiklio jėgą 5–10 % žingsniais. Jei raukšlės išlieka esant didžiausiam pagalvėlės slėgiui, pridėkite traukimo karoliukų, kad apribotumėte metalo srautą tam tikrose zonose. Jei tempimo koeficientas viršija 2,0 (plienas) arba 1,8 (aliuminis), pridėkite pertraukimo stotį. Netolygus tepalo naudojimas taip pat gali sukelti asimetrinį susiraukšlėjimą – užtikrinkite nuoseklų tepalo padengimą ant ruošinio.

Kokius paviršiaus defektus sukelia pats štampavimo štampas?

Trys dažniausiai pasitaikantys štampavimo paviršiaus defektai yra šie: (1) suvirinimas – mikroskopinis suvirinimas perkelia metalą iš ruošinio į štampą ir sukuria laipsniškus įbrėžimus. Dažniausiai su nerūdijančiu plienu ir aliuminiu. Apsaugokite naudodami TiN/DLC dengtus įrankius ir EP tepalus. (2) štampavimo žymės – iškilios linijos štampų spindulio perėjimuose. Poliravimo štampavimo spindulys iki Ra ≤ 0,2 µm. (3) Įtempimo linijos (Lüders juostos) – matomos nepertraukiamos takumo žymės ant mažai anglies turinčio plieno. Nurodykite pašalintą (temperatūrinio valcavimo) medžiagą, kurią norite pašalinti.

Kaip dažnai reikia tikrinti ir prižiūrėti štampavimo štampus?

Minimalūs apžiūros intervalai: kiekviena pamaina (vizualinis pirmųjų/paskutinių dalių patikrinimas), kas 10 000–25 000 smūgių (matmenų matavimas), kas 50 000–100 000 smūgių (štampavimo komponentų patikra) ir kas 200 000 eigų (su pilnu išardymu). Didelės spartos štampavimui (>600 SPM) arba abrazyvinėms medžiagoms (nerūdijančio plieno, daug anglies turinčių medžiagų) šiuos intervalus sumažinkite perpus. Kritinių matmenų SPC stebėjimas yra patikimiausias priežiūros veiksnys – Cpk sumažėjimas žemiau 1,33 rodo, kad reikia dėmesio.

Išvada

Antspaudavimo defektai yra neišvengiami, tačiau juos galima valdyti. Svarbiausia yra sisteminga diagnostika: nustatykite defekto kategoriją (medžiaga, štampai, presas, tepimas, dizainas), taikykite pagrindinės priežasties kontrolinį sąrašą ir atlikite taisomuosius veiksmus, kol nesikaupia laužas.

At Metalo štampavimo detalės, mūsų kokybės komanda naudoja SPC stebėjimą ir prevencinę štampų priežiūrą, kad gamybos programose defektų lygis būtų mažesnis nei 500 PPM. Kiekvienas naujas štampas yra išbandomas su dokumentuota pirmojo gaminio patikra prieš išleidžiant gamybą.

Reikia pagalbos sprendžiant štampavimo kokybės problemą? Susisiekite su mūsų inžinierių komanda trikčių šalinimo pagalbai arba sužinokite apie mūsų kokybės sistemas.