Khuôn vẽ sâu: Dập kim loại chính xác cho các bộ phận rỗng

Dòng nguyên liệu được kiểm soát: Nguyên tắc cốt lõi

Việc đạt được thành công của thành phần được vẽ sâu phụ thuộc vào một nguyên tắc: dòng nguyên liệu được kiểm soát. Khi phôi phẳng được kéo thành hình rỗng, kim loại phải chảy dẻo mà không bị rách hoặc gấp. Điểm chuẩn của ngành cho thấy rằng việc duy trì lực giữ trống giữa 1,5 và 2,5 lần cường độ năng suất của vật liệu và thiết lập một khoảng trống khuôn của 1,1 đến 1,3 lần độ dày tấm Ngăn ngừa những khiếm khuyết phổ biến nhất. Bài viết này xem xét các cơ chế, quy trình và thiết kế cấu trúc đằng sau vẽ sâu chết .

Làm thế nào khuôn vẽ sâu đạt được sự giảm hình dạng mà không làm giảm độ dày

Vẽ sâu về cơ bản biến một phôi phẳng thành một phần rỗng bằng cách giảm đường kính trong khi vẫn duy trì độ dày thành gần với tấm ban đầu. Vật liệu ở vùng mặt bích chịu ứng suất kéo hướng tâm và ứng suất nén chu vi, khiến nhựa chảy vào khoang khuôn. Một quy trình được thiết kế tốt giữ cho sự thay đổi độ dày trong phạm vi ±10% của thước đo ban đầu, đảm bảo tính toàn vẹn của cấu trúc.

Các thông số quy trình quan trọng: Lực giữ phôi và khoảng trống khuôn

Hai thông số chi phối chất lượng bản vẽ sâu: lực giữ phôi (BHF) và độ hở khuôn. BHF ngăn chặn nếp nhăn trên mặt bích; lực không đủ sẽ dẫn đến nếp gấp, trong khi lực quá mạnh sẽ làm tăng ứng suất kéo và gây ra hiện tượng nứt. Khoảng trống khuôn tạo khoảng trống cho bức tường vẽ—quá chặt sẽ làm tăng ma sát và rách, quá lỏng sẽ làm giảm độ chính xác về kích thước.

Việc điều chỉnh các giá trị này dựa trên khả năng vẽ của vật liệu và hình dạng bộ phận là rất quan trọng. Ví dụ, thép cường độ cao có thể yêu cầu BHF cao hơn tới 30% để kiểm soát độ đàn hồi trong khi vẫn giữ khoảng trống ở giới hạn trên để tránh bị dồn nén.

Quy trình vẽ sâu nâng cao

Bản vẽ sâu ban đầu

Lần rút đầu tiên biến ô trống thành một chiếc cốc. Bán kính mũi đột và bán kính vào khuôn được tối ưu hóa để dễ dàng chảy; tỷ lệ điển hình dao động từ 4 đến 10 lần độ dày tấm . Rút ra ban đầu nhiều giai đoạn là phổ biến đối với các bộ phận sâu như thân bình chữa cháy.

Vẽ sâu mỏng

Quá trình này cố tình làm giảm độ dày của thành bằng cách kiểm soát khe hở nhỏ hơn so với thước đo tấm, cải thiện tỷ lệ cường độ trên trọng lượng. Nó được sử dụng cho bình xịt nơi độ dày thành có thể giảm bằng cách 30–40% thông qua một loạt các vòng ủi.

Vẽ sâu ngược

Trong bản vẽ ngược, chiếc cốc vẽ sẵn sẽ bị đảo ngược và vẽ theo hướng ngược lại. Phương pháp này nén chặt cấu trúc hạt và lý tưởng cho các thành phần đối xứng như thùng chứa hai vách, giảm số lần ủ trung gian.

Thiết kế kết cấu khuôn phù hợp với các giai đoạn hình thành

Cấu trúc của khuôn dập sâu ảnh hưởng trực tiếp đến dòng nguyên liệu và chất lượng bộ phận. Ba thiết kế đại diện đáp ứng nhu cầu kỹ thuật riêng biệt.

Khuôn vẽ sâu ban đầu đảo ngược

Trong thiết kế này, chày được gắn ở đế dưới và giá đỡ trống ở phía trên, sử dụng hệ thống đệm của máy ép để tạo áp lực được kiểm soát. Thiết lập này đơn giản hóa việc nạp và đẩy phôi trống, thường mang lại thời gian chu kỳ của 15–25 nhịp mỗi phút cho các tấm ô tô cỡ trung bình.

Khuôn vẽ sâu ngược không có giá đỡ trống

Thích hợp cho các bộ phận có biên dạng thấp, khuôn này loại bỏ phần giữ phôi và sử dụng hình dạng hạt rút và khuôn để giữ mặt bích. Nó làm giảm chi phí dụng cụ và thường được sử dụng cho các bồn rửa và vỏ nông nơi tỷ lệ kéo nhỏ hơn 1.4 .

Khuôn vẽ sâu mỏng hai khuôn

Với hai vòng ủi liên tiếp trong một lần ủi, khuôn này đạt được mức giảm độ dày thành cao mà không cần xử lý trung gian. Đó là tiêu chuẩn trong sản xuất lon nước giải khát, duy trì dung sai độ dày ±0,005 mm sau khi ủi.

Kéo dài tuổi thọ khuôn thông qua kỹ thuật bề mặt và bôi trơn

Khuôn dập sâu chịu được áp lực tiếp xúc cao và ma sát trượt. Xử lý bề mặt và bôi trơn thích hợp giúp kéo dài đáng kể thời gian sử dụng. Các chiến lược phổ biến bao gồm:

• Đánh bóng bề mặt khuôn đến độ nhám Ra 0,1 μm hoặc thấp hơn giảm ma sát và thu nhận vật liệu.
• Các lớp phủ lắng đọng hơi vật lý (PVD) như TiN hoặc CrN làm tăng độ cứng bề mặt lên trên 2000 HV và có thể kéo dài tuổi thọ của khuôn bằng cách 3–5 lần so với các công cụ không được phủ.
• Lớp phủ carbon giống kim cương (DLC) mang lại hệ số ma sát thấp ( .10,1 ) cho bản vẽ nhôm và thép không gỉ, giảm thiểu hiện tượng ăn mòn.
• Chất bôi trơn kéo hiệu suất cao với các chất phụ gia cực áp duy trì lớp màng bền dưới 200–400 MPa áp lực giao diện điển hình trong bản vẽ sâu.

Khắc phục sự cố nếp nhăn và nứt nẻ

Hai khuyết điểm cơ bản—nhăn và nứt—xuất phát từ việc cài đặt thông số không đúng hoặc mòn dụng cụ. Danh sách dưới đây tương quan với các triệu chứng, nguyên nhân gốc rễ và hành động khắc phục.

• Nếp nhăn ở mặt bích hoặc tường: Thường do lực giữ phôi không đủ hoặc khe hở quá lớn. Tăng BHF lên Cường độ năng suất 1,8–2,5 × và xác minh khe hở khuôn có độ dày trong khoảng 1,1–1,2×.
• Nứt đáy (gãy ở mũi đấm): BHF quá mức, bán kính chày quá chặt hoặc bôi trơn kém. Giảm BHF, đánh bóng bán kính chày xuống ≥6× độ dày , và bôi chất bôi trơn có độ nhớt cao.
• Tách ở tường: Nguyên nhân là do vật liệu lẫn vào, khe hở khuôn không đủ hoặc hạt rút bị mòn. Tăng độ hở, kiểm tra chất lượng phôi và thay thế các hạt bị mòn.
• Tai: Gây ra bởi sự bất đẳng hướng phẳng; kiểm soát bằng cách xoay hướng trống hoặc tăng tỷ lệ rút lên một chút. Giới hạn độ tai dưới 2% có thể đạt được với kết cấu được tối ưu hóa.

Ứng dụng: Từ thùng nhiên liệu đến bồn tráng men

Khuôn dập sâu tạo ra các bộ phận đòi hỏi hình học rỗng, liền mạch với độ dày thành phù hợp. Thùng nhiên liệu ô tô thường được rút sâu từ thép aluminized theo nhiều giai đoạn, đạt được tỷ lệ chiều sâu và đường kính là lên tới 2:1 mà không cần chia tách. Bồn rửa nhà bếp và chậu tráng men sử dụng bản vẽ đơn hoặc đảo ngược để tạo bán kính mịn và tránh tập trung ứng suất. Các ví dụ khác bao gồm:

• Lon khí dung (vẽ sâu mỏng)
• Thân bình chữa cháy (bản vẽ ban đầu nhiều giai đoạn)
• Dụng cụ nấu bằng thép không gỉ (không có giá đỡ hoặc tạo hình thủy lực)
• Vỏ đầu nối điện (vẽ sâu vi mô với độ dày lá)

Việc lựa chọn trình tự quy trình và thiết kế khuôn được điều chỉnh theo khối lượng sản xuất, loại vật liệu và độ phức tạp hình học, đảm bảo đầu ra chất lượng cao, tiết kiệm chi phí.