Die Science: Трение и тепло при штамповке металла

Гетти Изображения

Когда я недавно был на предприятии по штамповке металла, один из инженеров по инструментам хотел показать мне процесс глубокой вытяжки, который, по его словам, бросал вызов всему, что он знал об основах обработки металлов давлением. Он даже отметил, что большую часть информации он получил из статей, которые я написал для журнала STAMPING Journal. Он объяснил, что матрица будет работать хорошо только в том случае, если смазка заготовки будет очень легкой, а поршень пресса будет двигаться очень быстро. Это его весьма озадачивало, поскольку его собственный личный опыт выполнения других операций вытяжки и информация, которую он извлек из своих исследований, обычно указывали на то, что для успешной глубокой вытяжки требуется больше смазки и более низкие скорости поршня. Как это могло произойти?

Затем он продолжил доказывать то, что рассказал мне об этом инструменте. И действительно, когда он добавил больше смазки, деталь раскололась; когда он снизил скорость плунжера, деталь раскололась.

Если вы читали мои статьи за последние 20 лет, вы, возможно, заметили, что я использую много «ласковых фраз»: я обычно предваряю свои высказывания общими словами или в большинстве случаев, или безусловно. Это не потому, что мне не хватает уверенности в своих утверждениях, а потому, что я понял, что абсолютные значения редко встречаются в штамповке листового металла. Конечно, мы придерживаемся руководящих принципов и основных основополагающих принципов, но это всего лишь рекомендации, а не абсолютные правила. Фактически, единственное абсолютное правило — это «абсолютных правил не существует».

Общие рекомендации служат основой для большинства, но не для всех операций обработки металлов давлением и резки. Вы должны всесторонне понимать все переменные, чтобы принять правильное решение на основе данных, а не просто полагаться на рекомендации.

В своих статьях и конференциях мне нравится учить участников и читателей визуализировать материал, который они формируют, растягивают или разрезают, как Silly Putty. Одно из интересных свойств этого игрушечного компаунда заключается в том, что если потянуть его быстро, он сломается, а если потянуть медленно, он растянется.

Большинство материалов, подвергшихся глубокой вытяжке или растяжению, ведут себя аналогичным образом. Это объясняет, почему сложные детали глубокой вытяжки, такие как раковины, ванны и тачки, обычно изготавливаются на более медленных гидравлических прессах. Чрезмерная скорость типичного механического пресса с кривошипным приводом часто приводит к раскалыванию, поскольку материалу нужно время, чтобы растекаться.

Точка, в которой пуансон контактирует с материалом во время глубокой вытяжки, имеет решающее значение. В этот момент хода пресса материал вынужден перейти от нулевой скорости к значению, эквивалентному скорости плунжера – за нулевое время. Если времени для начала течения металла недостаточно, результатом будет чрезмерное растяжение и потенциальное растрескивание.

Резка металла, напротив, обычно выполняется быстро. Думайте о резке металла как о формировании металла до разрушения. При резке металла вы хотите, чтобы материал разрушался, поэтому желательны чрезмерные скорости.

Тепло и трение возникают при всех операциях резки и формовки металла. Генерируемое количество является продуктом многих переменных, включая тип и толщину материала, геометрию формовки, тип инструментальной стали, трение между листовым материалом и матрицей, скорость формовки, жесткость формования элемента и поведение смазки.

Нагревать. Тепло может быть другом или врагом в процессе штамповки. Увеличение температуры может улучшить пластичность и характеристики формируемого материала. Вот почему некоторым штампам необходимо нагреться, чтобы они работали адекватно. Что вы делаете, когда хотите согнуть большой кусок углового железа? Его нагреваешь, и он легко гнётся.

РИСУНОК 1. Многие присадки к смазочным материалам значительно снижают коэффициент трения при воздействии высоких температур, в то время как другие работают лучше при более низких температурах.

Тот же принцип применим и к формовке металлов. Фактически, это основа процесса горячего тиснения. Однако в некоторых случаях чрезмерное нагревание может привести к повреждению секций инструментальной стали, а смазочные материалы не будут работать должным образом или сгорят. Впоследствии может произойти повреждение матрицы, например истирание, что может привести к расколу и преждевременному выходу инструмента из строя.