Что такое глубоко вытянутая деталь?
Глубоко вытянутая деталь — это полая оболочка: чашка, банка, гильза, экран или корпус, — изготовленная протягиванием плоской заготовки из листового металла через матрицу пуансоном, так что заготовка переформовывается в более высокую форму меньшего диаметра без шва. Её также называют вытянутой деталью или вытянутой оболочкой, и от обычной формовки прессом её отделяет соотношение: термин «глубокая вытяжка» применяют, когда глубина превышает примерно половину диаметра или когда заготовка должна существенно уменьшиться, чтобы достичь готового диаметра. Одна вытяжка достигает коэффициента около 1,8–2,0 для низкоуглеродистой стали и 1,6–1,8 для нержавеющей стали; дальше детали нужно больше стадий, а нержавеющей стали обычно отжиг между ними. Там, где стенка должна получиться тоньше заготовки, деталь обжимают после вытяжки, а не вытягивают снова.
Коротко
Вытяжка — это общая операция протягивания материала в матрицу. Глубокая вытяжка — это случай, когда глубина велика относительно диаметра, поэтому материал должен течь на большое расстояние и становится необходим прижим. Повторная вытяжка снова уменьшает диаметр за второй или третий ход. Обжим намеренно утоняет стенку. Ротационная вытяжка и гидроформовка — это другие процессы, которые часто путают с вытяжкой, потому что готовая деталь выглядит похоже.
1. Почему эта терминология путает
Большую часть путаницы создают два совпадения.
Первое — между чертежом и вытяжкой. В инженерии чертёж — это документ, размерный чертёж детали. В формовке металла вытяжка — это операция. Поэтому запрос sheet metal drawing смешивает людей, ищущих шаблон CAD-чертежа, с людьми, ищущими процесс формовки. И то и другое законно, и это не один и тот же вопрос.
Второе — между неглубокой и глубокой вытяжкой. Обе протягивают материал в матрицу. Разница в том, сколько материала должно переместиться, и это определяет, нужен ли прижим, сколько ходов займёт деталь и сколько будет стоить оснастка.
2. Операции, рядом
| Термин | Что происходит с материалом | Толщина стенки | Типичные детали |
|---|---|---|---|
| Вытяжка (неглубокая) | Заготовка протягивается в матрицу; глубина мала относительно диаметра | В основном без изменений | Неглубокие лотки, колпачки, крышки |
| Глубокая вытяжка | Заготовка течёт на большое расстояние в матрицу; глубина больше примерно половины диаметра | Стенка остаётся близкой к толщине заготовки; дно и радиус меняются | Чашки, корпуса, оболочки, гильзы |
| Повторная вытяжка | Второй или третий ход ещё уменьшает диаметр | В принципе без изменений; наклёп накапливается | Длинные узкие вытянутые детали |
| Обжим | Чашку проталкивают через матрицу с уменьшенным зазором, намеренно утоняя стенку | Намеренно уменьшается, часто контролируется по допуску | Банки для напитков, корпуса электромагнитных клапанов |
| Ротационная вытяжка металла | Вращающийся диск формуется по оправке роликами | Утоняется там, где ролик обрабатывает металл | Крупные круглые формы малых серий |
| Гидроформовка | Заготовку формует давление жидкости, а не цельный пуансон | Как правило без изменений; очень однородная деформация | Сложные трубчатые и панельные формы |
3. Правило отношения глубины к диаметру
Практическая граница, используемая в цеху, — это отношение глубины к диаметру.
| Глубина ÷ диаметр | Что это обычно означает |
|---|---|
| Менее примерно 0,5 | Неглубокая формовка; часто за один ход, прижим может не потребоваться |
| Примерно 0,5 – 1,0 | Классическая глубокая вытяжка; нужен прижим, обычно один ход для стали и алюминия |
| Примерно 1,0 – 2,0 | Несколько вытяжек, возможно с промежуточным отжигом |
| Более примерно 2,0 | Несколько вытяжек плюс отжиг; маршрут процесса и стоимость оснастки меняются существенно |
Отношение — это эмпирическое правило, а не предел. Реальный предел — это материал: его r-показатель, показатель деформационного упрочнения и текущее состояние определяют, насколько далеко его можно вытянуть до разрыва.
4. Глубокая вытяжка и обжим — не одно и то же
Именно это различие чаще всего меняет стоимость детали. Глубокая вытяжка перемещает материал и сохраняет стенку близкой к исходной толщине. Обжим намеренно утоняет стенку, проталкивая вытянутую чашку через матрицу с меньшим зазором, чем толщина стенки.
Это важно коммерчески. Деталь, для которой чертёж задаёт допуски на внутренний диаметр, наружный диаметр и толщину стенки — например корпус электромагнитного клапана, — часто можно изготовить вытяжкой плюс обжимом вместо холодного выдавливания с последующим точением. Обжим удерживает оба диаметра и чистоту поверхности без операции механообработки.
Подробнее: полное руководство по глубокой вытяжке — коэффициент вытяжки, размер заготовки, усилие вытяжки и зазор штампа, а также дефекты и способы их устранения.
5. Откуда взялись термины
Промышленная терминология выросла из металлической упаковки XIX века. Вытянутые металлические контейнеры для хранения продуктов были одними из первых массовых применений, и спрос на дешёвые бесшовные контейнеры двигал и прессы, и практику штампов. Позже индустрия напитков довела обжим до промышленного стандарта, потому что стенка банки должна быть тоньше дна, из которого её вытягивают.
В XX веке автомобильная промышленность индустриализировала вытяжку листового металла в другом масштабе: панели кузова, корпуса и несущие детали, часто на переносных и прогрессивных линиях, а не на одноопозиционных прессах.
С 1990-х конечно-элементное моделирование отодвинуло проектирование оснастки от чистого метода проб и ошибок. Коэффициенты вытяжки, форму заготовки и пружинение теперь рассчитывают до нарезки штампа, поэтому современный анализ чертежа может предсказать разрыв или складку до отладки, а не после неё.
6. Глоссарий
- Заготовка — плоский кусок листа, нарезанный по размеру перед вытяжкой.
- Коэффициент вытяжки — диаметр заготовки, делённый на диаметр пуансона за один ход.
- Предельный коэффициент вытяжки (LDR) — наибольший коэффициент, который материал выдерживает за один ход без разрыва.
- Прижим (прижимная плита) — кольцо, удерживающее фланец, чтобы он не дал складки.
- Тормозное ребро — выступ в матрице, управляющий тем, сколько материала притекает.
- Обжим — утонение стенки проталкиванием чашки через уменьшенный зазор.
- Пружинение — упругий возврат после снятия пуансона; больше для алюминия и высокопрочных сталей.
- Отжиг (промежуточный) — размягчение наклёпанной детали между вытяжками.
- Фестоны — волнистая верхняя кромка, вызванная плоскостной анизотропией листа.
7. Частые вопросы
Глубокая вытяжка — это то же самое, что вытяжка?
Нет. Вытяжка — общий термин; глубокая вытяжка описывает случай, когда глубина велика относительно диаметра, поэтому материал течёт на большое расстояние и нужен прижим.
В чём разница между глубокой вытяжкой и обжимом?
Глубокая вытяжка перемещает материал и сохраняет стенку близкой к исходной толщине листа. Обжим намеренно утоняет стенку, проталкивая чашку через матрицу с уменьшенным зазором. Многие корпуса используют оба приёма: сначала вытяжка, затем обжим для достижения допусков по диаметру и стенке.
Ротационная вытяжка листового металла — это то же самое, что глубокая вытяжка?
Нет. Ротационная вытяжка формует вращающийся диск по оправке роликами и не требует вытяжного штампа. Она подходит для крупных круглых деталей малых серий; глубокая вытяжка подходит для больших объёмов, где штамп можно амортизировать.
При какой глубине формовка становится глубокой вытяжкой?
Обычное эмпирическое правило — глубина больше примерно половины диаметра, что также является точкой, где фланец начинает давать складки и становится необходим прижим.
Связанные страницы
- Глубокая вытяжка: полное техническое руководство — полный инженерный справочник
- Что такое глубокая вытяжка? — определение, пределы и таблица отношения глубины к диаметру
- Обжим стенки при глубоко вытянутой штамповке — как утонение стенки заменяет операцию механообработки
- Глубокая вытяжка против формовки прессом — какой процесс действительно нужен геометрии
- Точные глубоко вытянутые компоненты — усилие вытяжки, коэффициент вытяжки и тоннаж пресса
- Глубоко вытянутые металлические детали — что производит Balford