Что такое процесс волочения листового металла?
Проще говоря, волочение листового металла — это процесс формования листового металла, при котором с помощью форм «вытягиваются» металлические листы, придавая им определенные трехмерные формы.
Этот метод не разрезает материал, а вызывает контролируемую пластическую деформацию листового металла под действием внешней силы, благодаря чему получается деталь желаемой формы.
С точки зрения классификации процессов, волочение листового металла — это тип процесса формования листового металла, обычно выполняемый под воздействием пресс-формы. В процессе обработки металлический лист течет и растягивается, постепенно преобразуя свою форму из двумерной плоскости в трехмерную структуру.
Этот процесс обладает рядом типичных характеристик:
- Широкий диапазон изменения формы: технология вытягивания позволяет превращать изначально плоский листовой металл в конструкционные элементы с заметной высотой или глубиной.
- Изменение толщины относительно контролируемо: при разумном проектировании общая толщина детали остается относительно равномерной, и главная цель состоит не в том, чтобы ее «уменьшить».
- Большинство деталей имеют осесимметричную или почти осесимметричную структуру: распространенные формы включают чашеобразные, цилиндрические или замкнутые оболочкообразные детали.
Следует отметить, что волочение листового металла не предполагает формирования сложных внешних контуров, а больше подходит для деталей, имеющих цельную форму и предъявляющих высокие требования к структурной целостности.
Различия между вытягиванием и глубоким вытягиванием, а также конкретные сценарии их применения будут более подробно рассмотрены в последующих главах.
Основной процесс волочения листового металла
Вытяжка листового металла — это не сложная операция, выполняемая за один раз, а последовательный процесс формовки. На протяжении всего процесса материал постоянно растягивается и деформируется, а не разрезается или удаляется.
1. Подготовка листовых материалов (сырья)
Процесс волочения обычно начинается с заготовки из металлического листа подходящего размера.
Основная цель этого этапа единственна: обеспечить достаточное количество материала для растяжения и распределения в процессе последующего формования листа.
Форма и размер заготовки напрямую влияют на успешность последующей формовки, но на этом этапе сам листовой материал еще плоский.
2. Поместите изделие в форму (вогнутую/выпуклую форму).
Подготовленный листовой материал помещается между формами, фиксируется и направляется формами. На этом этапе роль форм заключается не в «резке», а в ограничении направления деформации и формировании окончательного контура листового материала.
В условиях, создаваемых формой, листовой металл может деформироваться только по заданной траектории, что является ключевым фактором для получения стабильной формы в процессе волочения.
3. Растягивающая формовка (поток материала)
Это ключевой этап процесса вытяжки. Под действием внешней силы лист постепенно втягивается в форму, материал растягивается и течет, и исходная плоская структура начинает трансформироваться в трехмерную форму.
Важно отметить, что:
- Материал не был «впрессован».
- Вместо этого его растягивают и перераспределяют в контролируемых условиях.
При отсутствии надлежащего контроля на этом этапе могут возникнуть следующие ситуации:
- Образование складок (из-за чрезмерного скопления материала)
- Разрыв (локальное перерастяжение)
- Неравномерное изменение толщины
Эти проблемы напрямую повлияют на качество готовой продукции.
4. Состояние после завершения формования.
После завершения процесса вычерчивания листовой материал приобретает стабильную трехмерную структуру, и его общий контур в основном определяется.
В настоящее время в состав таких деталей обычно входят:
- Непрерывная общая структура
- Очевидная глубина или высота
- Относительно равномерное распределение толщины стенок (при разумных условиях процесса).
Необходимость дальнейшей обработки зависит от конкретных требований к изделию, но сам процесс вытягивания уже завершил основную задачу по формированию формы.
Разница между обычным рисунком и глубоким рисунком.
В процессах волочения листового металла не всякая волочка считается «глубокой волочкой». То, называется ли что-либо глубокой волочкой, зависит не от названия, а от степени формования и сложности обработки.
Вообще говоря:
- Традиционный чертеж: используется для формования изделий с относительно ограниченными изменениями формы.
- Глубокая вытяжка: используется для формования сложных конструкционных деталей с большой глубиной формования и высокой степенью деформации.
Эти два понятия можно различить по следующим четырем аспектам.
1. Глубина формования
Обычное вытягивание
Глубина формования относительно невелика, и листовой материал преобразуется из двухмерной формы в трехмерную, но общая высота или глубина ограничены, а изменение формы контролируемо.
Глубокое рисование
Глубина формования значительно увеличилась, а высота или глубина полости деталей возросли. Для завершения формования листовой металл необходимо затягивать в более глубокую часть формы.
2. Степень деформации
Обычное вытягивание
Деформация материала относительно невелика, общий процесс растяжения относительно незначителен, а изменение формы в основном сосредоточено в локальных областях.
Глубокое рисование
Материал должен выдерживать большее натяжение и текучесть, что приводит к большему общему диапазону деформации и более высоким требованиям к контролю технологического процесса.
3. Требования к свойствам материалов
Обычное вытягивание
Требования к пластичности материала относительно мягкие; листовой металл с обычными свойствами может удовлетворить потребности в обработке.
Глубокое рисование
К пластичности и стабильности материала предъявляются более высокие требования; в противном случае, в процессе формования возрастает вероятность образования трещин или нестабильности.
4. Сложность и стоимость обработки
Обычное вытягивание
Процесс относительно прост, сложность обработки невелика, подходит для рутинных производственных нужд, а общая стоимость контролируема.
Глубокое рисование
Сложность обработки значительно возросла, что требует более строгого контроля процесса, а затраты на пробное производство и настройку относительно высоки.
Если деталь просто преобразуется из двухмерной формы в трехмерную с ограниченной глубиной формования, обычно используется обычная вытяжка; однако, когда деталь имеет более глубокую структуру и значительное изменение формы, часто требуется глубокая вытяжка.
Типичные формы изделий, полученных методом волочения листового металла.
Наиболее прямой способ определить, была ли деталь из листового металла изготовлена методом волочения, — это не изучать отрасль промышленности, а посмотреть на её форму. Если деталь обладает следующими типичными характеристиками, как правило, можно определить, что она была изготовлена методом волочения.
Чашеобразная или раковинообразная структура
Это наиболее типичная форма выдвижного изделия.
Как правило, детали имеют следующие характеристики:
- Цельное, интегрированное дно
- Сплошные боковые стенки, простирающиеся вверх.
- Конструкция целая, признаков сращивания нет.
Такая форма часто встречается в различных деталях раковин и контейнеров, а также широко применяется в промышленных изделиях и бытовой технике.
Цилиндрическая структура
В результате процесса волочения также часто получаются цилиндрические или почти цилиндрические детали.
Характеристики деталей данного типа следующие:
- Регулярное поперечное сечение
- Относительно равномерная толщина стенки
- Четкая осесимметричная структура
Обычно его используют для компонентов, требующих высокой прочности и общей однородности.
Закрытая конструкция определенной глубины.
Когда деталь не только высокая, но и имеет глубокое внутреннее пространство, её часто необходимо формовать в один или несколько этапов посредством процесса вытяжки.
Как правило, продукция такого типа обладает следующими характеристиками:
- Размер отверстия относительно постоянен.
- Внутренняя полость относительно глубокая.
- Общая структура непрерывна и плавна.
Они часто встречаются в деталях автомобильной и аэрокосмической отраслей.
Вытягивание деталей с простой кромочной структурой
После формирования основной части некоторых вытянутых деталей кромки могут иметь следующие характеристики:
- Простой переворот края
- Переходное филе
- Усиленная краевая структура
Эти элементы обычно предназначены для повышения прочности или облегчения последующей сборки, но общая форма по-прежнему в основном формируется путем вытягивания.
Преимущества и недостатки волочения листового металла
Вытяжка листового металла не является «универсальным методом формовки», но в подходящих случаях она обладает незаменимыми преимуществами.
Необходимость использования процесса волочения часто зависит от структуры детали, свойств материала и метода производства.
Основные преимущества волочения листового металла
Подходит для сложных трехмерных формовок.
Процесс волочения позволяет за один этап превратить плоский листовой металл в детали с заметной глубиной и непрерывной структурой, что особенно подходит для изделий чашеобразной и оболочечной формы.
Высокий коэффициент использования материалов
Весь процесс в основном основан на растяжении и потоке материала, при этом стружка практически не образуется. По сравнению с методами механической обработки, основанными на резке, он более эффективен для контроля отходов материала.
Готовая продукция обладает хорошей однородностью и пригодна для массового производства.
При условии стабильности процесса и пресс-формы, размеры и форма вытянутых деталей обладают высокой повторяемостью, что подходит для нужд массового производства.
Основные недостатки волочения листового металла
Высокие требования к свойствам материалов.
Материал должен обладать хорошей пластичностью; в противном случае он склонен к растрескиванию или нестабильности в процессе волочения.
Затраты на удаление плесени относительно высоки.
Процесс вытяжки в значительной степени зависит от формы. При сложных конструкциях первоначальные инвестиции и затраты на доработку формы становятся весьма существенными.
Неправильная конструкция может легко привести к разрушению отливки.
Если структура или пропорции деталей не соответствуют действительности, в процессе формовки могут возникнуть такие проблемы, как образование складок, трещин или неравномерная толщина, что увеличивает риск доработки.
В заключение, волочение листового металла хорошо подходит для деталей с непрерывной структурой и большой глубиной формовки, но не для всех изделий из листового металла. На практике часто необходимо комбинировать процессы глубокой волочения, другие методы формовки листового металла или индивидуальные решения по обработке листового металла, и перед принятием решения необходимо провести всестороннюю оценку.