Обжим стенки при глубокой вытяжке: как утонение стенки удерживает и внутренний, и наружный диаметр

Обжим — также называемый утонением стенки или обжимом стенки — это операция, превращающая обычную глубоко вытянутую чашку в точный корпус. У вытянутой чашки стенка обычно утолщается к кромке, а поверхность несёт следы вытяжки. Обжим проталкивает эту чашку через кольцевую матрицу, расточка которой чуть меньше наружного диаметра чашки, поэтому стенка сжимается и утоняется между полированным пуансоном изнутри и полированной матрицей снаружи.

Следствие и есть причина, по которой инженеры это задают: матрица задаёт наружный диаметр, пуансон задаёт внутренний диаметр, а обе поверхности полируются за один проход. Деталь, которой иначе потребовалась бы вытянутая оболочка плюс точение по обоим диаметрам, сходит с пресса с обоими диаметрами уже в допуске.

Что обжим на самом деле делает с деталью

Почему это заменяет операцию механообработки

Когда детали нужны и внутренний, и наружный диаметр в допуске, все традиционные маршруты заканчиваются на токарном станке. Обжим — маршрут, который заканчивается на прессе.

Откуда берётся экономия. Дело не только во времени токарного цикла. Это пруток или кузнечная заготовка, которая никогда не станет стружкой, второй станок и вторая установка, которых не будет, повторное закрепление, которое уже не может внести биение, и переустановка между прессом и станком, которая исчезает. На детали со стенкой 0,8 мм, которая начинается с прутка, потери в стружку обычно больше, чем готовая деталь.

Обжим не бесплатен: нужны обжимная матрица, полированный пуансон, правильная смазка и, где общее обжатие велико, более одного прохода с отжигом между ними. Сравнение следует делать по полной себестоимости детали с учётом амортизации оснастки — именно это и делает DFM-анализ.

Где Balford применяет обжим: корпуса электромагнитных клапанов

Классическое применение — корпус электромагнитного клапана. Якорь должен скользить внутри расточки, корпус должен садиться на катушку и корпус клапана, а стенка тонкая, чтобы магнитная цепь была эффективной. Это деталь, где внутренний диаметр, наружный диаметр, толщина стенки и чистота поверхности важны одновременно — и где обжим убирает токарную операцию, которая иначе была бы нужна.

Доминируют два материала:

• Электролитическое чистое железо DT4E — магнитомягкая марка для корпусов электромагнитных клапанов и датчиков, где коэрцитивная сила и проницаемость входят в спецификацию. Обжим формирует стенку до нужной толщины, не внося повреждений поверхности, которые испортили бы магнитный путь, а после формовки следует магнитный отжиг.
• DC04 — сталь для глубокой вытяжки, применяемая там, где деталь несущая, а не магнитная, и где последовательность вытяжки и обжима задаётся утонением стенки, а не магнитными свойствами.

Оба формируются на прессах до 350 т оснасткой, спроектированной и изготовленной в собственном инструментальном цехе Balford, поэтому обжимное кольцо, пуансон и предшествующие стадии вытяжки изготавливаются и отлаживаются вместе, а не по отдельности.

Тот же аргумент применим за пределами электромагнитных клапанов — к любой детали, где оба диаметра несут допуск: детали гидравлических и пневматических цилиндров, гильзы датчиков, оболочки втулок, корпуса приводов и вытянутые трубы.

Параметры процесса, определяющие успех

• Обжатие за проход. Утонение стенки за проход обжима обычно лежит в диапазоне 20-35% толщины стенки для стали; точный предел зависит от марки, смазки и геометрии матрицы. Большие общие обжатия выполняются за несколько проходов.
• Отжиг между проходами. Поскольку обжим — это холодная деформация, материал наклёпывается. Там, где этого требуют общее обжатие или финальные свойства, деталь отжигают между проходами для восстановления пластичности. На магнитомягких деталях отжиг также задаёт магнитные свойства.
• Смазка. Обжим — операция с высоким давлением и большим контактом поверхностей. Именно плёнка смазки отделяет полированную поверхность от задира, и её выбирают под марку и обжатие, а не по удобству.
• Отделка матрицы и пуансона. Поверхность готовой детали — это копия поверхности оснастки. Именно полированные твёрдосплавные или закалённые стальные кольца дают отделку и отсутствие следов вытяжки.
• Толщина стенки как характеристика. Толщина стенки измеряется и фиксируется, а не предполагается. Если чертёж требует конкретную стенку, она задаётся как обжатая — иначе стенка остаётся толщиной заготовки, и деталь тяжелее, чем задумано.

Честные ограничения

• Объём. Обжим требует матрицы и пуансона, изготовленных под деталь. Ниже нескольких десятков тысяч деталей в год точение из прутка может оказаться дешевле в целом.
• Геометрия. Обжим подходит для цилиндрических или почти цилиндрических стенок. Сложные наружные элементы лучше формовать до обжима или добавлять после.
• Утонение стенки не безгранично. Очень большие обжатия требуют нескольких проходов и отжига, и именно там преимущество по стоимости сужается.
• Материал. Предел задаёт пластичность. Очень прочные или малопластичные марки могут не принять обжатие, которое предполагает чертёж.

Все четыре пункта проверяются на DFM-анализе, до нарезки оснастки.