成形性の設計:技術者とメーカーのヒント

成形性は、コスト効率の高い、高品質製造の礎です。成形性(DFF)の設計を優先するエンジニアやメーカーは、スクレイピング率を削減し、サイクル時間を短縮し、ツール寿命を延ばす。材料が変形し、審美的な設計規則を適用する方法を理解することにより、チームは、割れ、しわ、または過度の薄化なしに複雑な形状を生成できます。この記事では、成形性、材料科学、幾何学的ルール、プロセス最適化、およびシミュレーション技術の設計のための包括的なガイドを提供します。

成形性に影響を与える材料特性を理解する

素材の選択は、成形性重視の設計における最も重要な決定です。延性、伸度、および降伏強さは、主要なメトリックですが、異方性(機械的特性の方向性依存)および株の感度は、ピボタルの役割も果たします。一般的な成形可能な材料には、低炭素鋼、アルミニウム合金(例、5xxxおよび6xxxシリーズ)、銅および真鍮、およびマグネシウム合金(熱した時)が含まれます。

主要な機械的特性の評価

] 休憩時の延長:[]] 故障前に材料がどれだけ伸びるかを示す。一般的に高延長は、より良い成形性を意味します。
] 降伏強さ:[]] より低い降伏強さは力およびスプリングバックの形成要求された減少しますが、不十分な強さはバックルに導くことができます。
[] ひずみ硬化剤(n値):[]]] より高n値で、より均一な変形と延伸性が向上します。
[]ノーマルアニソトロピー(R値):[]])高R値が、厚さ方向の薄く抵抗することで、深い引率を改善します。

素材の特定成形性検討

アルミ合金

アルミは軽量で耐食性が強いですが、鋼よりも成形性が低い。5xxxシリーズ(Al-Mg)は、6xxx(Al-Mg-Si)は、表面粗さ(Lüdersバンド)を避けるために、優れた延性を提供します。 150〜250°Cまでの予熱は、複雑なドローの成形性を大幅に向上させることができます。

鋼鉄等級

低炭素、無物(IF)、高強度鋼(AHSS)はそれぞれ異なる成形性プロファイルを持っています。 IF鋼は、高n値とR値を持ち、それらを深い図面に理想的にします。 AHSSは、より強く、フラクチャーを避けるために特殊な金型設計を必要とするかもしれません。

銅およびその合金

銅と真鍮(C26000など)は、電気接触や装飾部品に用いられる非常に延性が高く、その高い作業硬化率は、多段の操作で中層のアニールを要求します。

成形性の向上のための設計規則

幾何学は形成不能の第2の柱です。角から穴までフランジまでのすべての特徴は、材料の流れを念頭に置いて設計されなければなりません。次の規則は欠陥を避けるのを助けます:

鋭い内部コーナーおよび小さいくねりのRadeiiを避けて下さい

鋭い角は、亀裂を発する応力集中を作成します。曲げるために、材料の厚さが親指のよい規則である1.5〜2倍の最小内半径。深い描画では、パンチの鋭い角やダイが涙につながります。常に材料の曲げ許容と互換性のある半径値を使用します(])。標準曲げ試験手順については、ASTM E290を参照してください)。

均一壁の厚さを維持して下さい

厚手のセクションから薄くセクションへの突然の移行は、凹凸の伸張と薄くなります。厚さの変化が避けられない場合は、少なくとも3:1(長さから厚さ比)の斜面でグラデーションタッパーを使用してください。深い描画カップでは、壁厚さは理想的には空白の厚さの10%以内でなければなりません。

金型のリリースのためのドラフト角度を組み込む

金型から排出を必要とする成形部品の場合、1〜3度のドラフト角度で、除去時の変形を防止し、変形を低減します。後方成形された部品は、スプリングバックに対応するため、より大きな角度(5〜10度)が必要になる場合があります。

穴の配置と救済を最適化

曲げラインのそばにある穴は歪みにくくくなります。曲げられた開始から材料厚さを少なくとも2倍動かすか、または救済スロットを加えて下さい。深いデッサンでは、前カットの穴は楕円形のことを避けるために引く壁から離れた置く必要があります。

複雑な幾何学を簡素化

複数のステップ設計は、しばしば複数のショットの複雑な形状よりも成形可能です。難易度の高い機能を2つ以上の操作に分割することを検討してください。最初にプレフォームを、最終的な形状。このアプローチは、ピークの緊張とツーリングのストレスを軽減します。

スタンピング、曲げ、深絞りのプロセス最適化

成形工程が最適化されていない場合、最適な設計部分でも失敗できます。以下は、成形性を高めるプロセス固有の戦略です。

スタンピングとブランク

参照:] は、その後の形成中にひび割れないきれいなエッジを生成するために、クリアランスとして材料厚さの5〜10%を維持します。
ブランクジオメトリ:]] 形状ブランクを使用して、材料フローを管理します。
潤滑:]] 摩擦と熱蓄積を減らすために、図面化合物を適用します。高速スタンピング、塩素化または合成油がうまく動作します。

営業終了

[]空気の曲げ対。ボトムアップ:空気の曲げ(Vダイと)はより柔軟で、オーバーベンディングを可能にすることによってスプリングバックを削減します。ボトムアップは精度を向上させることができますが、鋭い半径に割れを引き起こす可能性があります。
粒度を相対的に曲げる方向: 常に、分裂を最小限に抑えるために、粒(方向を転がす垂直)を曲げます。穀物に沿って曲げる必要がある場合は、曲げ半径を50%増加させます。
厚板の加熱:]] 局部予熱(100〜200°C)の材料厚が6mm以上で、力を減らし、延性を増加させる。

深いデッサン

[ブランクホルダー圧力(BHP):[] トーオリトルBHPは、しわを引き起こします。あまりにも多くの原因涙を引き起こします。描画ストローク中に調整可能な空白ホルダーの力または窒素スプリングを使用して、微調整圧力に。
[] ビーズを描画: 戦略的に配置されたドロービーズ制御材料フローとフランジ領域のしわを軽減します。
マルチステージド:]深さ>0.6回の直径で引くために、重く硬化する材料の中間アニールで2つ以上のステージを使用する(例えば、ステンレス鋼)。

成形性のための高度なシミュレーションと分析

現代の成形性工学において、有限要素解析(FEA)が不可欠になりました。]]AutoForm]、またはDYNAFORMなどのソフトウェアは、材料の流れをシミュレートし、薄く、スプリングバック、および数分間のフラクチャをシミュレートし、試行錯誤の週を節約します。

信頼できるFEAモデルの構築

精度は入力データに依存します:真のストレス緊張曲線、異方性収量基準(例えば、Hill48またはBartlat YLD2000)、および摩擦係数。最良の結果を得るために、実際のコイルまたはシートサプライヤーから材料データを使用し、一般的な値ではなく、使用してください。 ]のような単純なテストを使用してモデルをキャリブレーションするドーム高さ(LDH)テストまたはマルチャクカップテスト。

限界図(FLD)を練習で形成する

FLDは、材料が失敗する主要な緊張対マイナーな緊張をプロットします。FLDに要素の緊張をマッピングすることにより、エンジニアは割れたおよびネッキングゾーンを予測することができます。緊張が限界ラインに近づくと、ドロー深さを減らし、空白の形状を変更したり、潤滑を調整したりすることができます。現代のFEAツールは、問題領域がすぐに表示されます。

Springback 補正

成形後、弾性回復(スプリングバック)は最終的な幾何学を歪めます。 FEAはスプリングバックを予測し、補正された金型形状を提案することができます。オーバーベンディングモデルの2〜5度で、しばしば軽鋼の角度のスプリングバックを修正します。 AHSSの場合、より積極的な補償(最大15度)は、ローカライズされた補強ビーズと組み合わせて、必要になる場合があります。

ツーリングと潤滑:実用的な要因

物質的なおよび表面の終わりは死にます

D2、A2、またはカーバイドインサートなどの工具鋼グレードは研磨剤の摩耗に抵抗します。研磨は、ダイサーを <0.2 μm にすることで、シートの摩擦と折れを低減します。アルミスタンピングの場合、窒化またはクロムメッキによる金型表面を避けます。

右潤滑油を選ぶ

潤滑剤は、摩擦を減らし、ワークピースを冷やし、ガリングから保護する3つの目的を果たします。低強度鋼、ミネラルオイルのサッフィ、アルミニウムおよび高強度鋼の場合は、極端な圧力(EP)添加剤でヘビーデューティド化合物を使用します。水性潤滑剤は環境に優しい友人ですが、より頻繁に適用が必要な場合があります。

素材の特定性形成性ガイドライン

マグネシウムの合金

マグネシウムは六角形密接に詰められた(HCP)構造を持ち、室温でほぼ脆性にします。成形は200〜400°Cで行われる必要があります。遅い株率(0.001〜0.01秒−1)は、割れを避けるために不可欠です。酸化を防ぐために、保護雰囲気を使用してください。

チタン合金

Ti-6Al-4Vは、十分な延性を達成するために熱成形(600〜800°C)を必要とします。クリープ成形(一定の応力下での低変形)は、航空宇宙パネルに使用されます。ツーリングは高温合金またはセラミックスで作られなければならない。

コンテンツ

成形性の設計は、材料科学、幾何学規則、プロセス制御、シミュレーションを結びつける系統的慣行です。適切な延性および非電磁波の材料を選択することにより、寛大な半径や均一な厚さなどの実証済みの設計規則を適用し、ホールド圧力や潤滑などのプロセスパラメータを最適化することにより、エンジニアは製造リスクを大幅に削減することができます。高度なFEAツールは、開発サイクルを加速し、コストを削減するなど、実証済みの設計ルールを適用します。さらに、生産データから継続的学習する - ループの最適化 - およびスクラッチの最適化 - プロセスの手順 - プロセスの手順 - および手順 - プロセスの手順 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 - 概要 -