成型性是成本低、质量高的制造的基石。 工程师和制造商优先设计成型性,降低废料率、缩短周期时间、延长工具寿命。 通过了解材料在变形下的行为,并运用有意设计规则,团队可以产生复杂的形状,而不会裂缝、扭扭或过度稀释。 本条为成型性设计提供了全面的指南,涵盖了材料科学、几何规则、工艺优化和模拟技术。

了解影响可形成性的物质属性

材料的选择是注重成型性设计中最关键的决定. 杜氏度,延长度,产量强度是主要度量,但异构度(机械特性的定向依赖)和菌株率敏感性也起着关键作用. 常见的成型材料包括低碳钢,铝合金(如5xxx和6xxx系列),铜和铜,以及镁合金(加热时).

要评估的密钥机械属性

  • 断时的延展:表示在故障前材料能伸展多少,较高延展一般意味着更好的可形成性.
  • 叶尔德强度:[ 产量低的强度会减少所需的成型力和弹簧回击力,但不足的强度会导致击球.
  • 列车硬化的促动(n-值):[] 更高的n-值允许更统一的变形,并推迟颈部.
  • 自然异构(R值):]高R值通过在厚度方向抵抗稀释,提高深可提取性.

物质特定可塑性考虑

铝合金

铝具有轻度和防腐蚀性,但可塑性低于钢. 5xxx系列(Al-Mg)提供了极佳的电容性,而6xxx(Al-Mg-Si)需要精心设计以避免表面粗糙(Lüders bands). 预热到150–250°C可以显著改善复杂图纸的可塑性.

钢材等级

低碳、无间断钢(IF)和高级高强度钢(AHSS)的形成性特征各异。 IF钢的正值和R值都很高,因此它们最理想的深层绘图。 AHSS虽然更强大,但可能需要专门的死因设计以避免断裂。

铜及其合金

铜和铜(如C2600)是高度的胶质,常用于电气接触和装饰部件,然而,其高的耐力率要求在多步骤操作中进行中间的反射。

改进可操作性的设计规则

几何是可形成性的第二支柱。每个特征——从角到孔到花纹——的设计必须铭记物质流。以下规则有助于避免缺陷:

避免内部角尖和小弯曲拉迪

尖角产生压力浓度,从而引发裂缝。 对于弯曲,最小半径为1.5至2倍的物质厚度是拇指的好规则。在深画中,尖角或死角会导致撕裂。 标准弯曲测试程序总是使用与材料弯曲允许性相容的半径值(见 ASTM E290 。

保持统一墙体厚度

从厚度到薄度的突然过渡会导致伸缩和薄度的不均匀。 在厚度变化不可避免的情况下,使用坡度至少为3:1(长与厚之比)的渐进式敲击器。 对于深层抽取的杯子,墙壁厚度最好在空白厚度的10%以内。

包含用于模拟释放的角草案

对于需要从死亡中弹出物的成形部分,1–3度的草稿角度防止了在清除过程中的粘合和变形。 以后进一步形成的印有标记的部分(5–10度)可能需要更大的角度来容纳弹簧回弹。

优化洞穴安置和救济

位于弯曲线附近的洞容易发生扭曲。从任何弯曲开始移动洞体至少两倍于材料厚度,或者添加解脱槽。在深画中,切开前的洞必须远离拉平壁,以避免斜化。

简化复杂的地理美图

多步设计往往比一发复杂形状更能形成。考虑将一个困难的特征分为两个或两个以上操作:先是前形,然后是最后形状。这种方法可以减少峰值压力和工具压力。

优化印花、印花和深绘的过程

即使是设计最好的部分,如果组装过程没有优化,也会失败。下面是提高组装性的特定进程战略。

印章和空白

  • 清 :[] 保持5-10%的材料厚度作为死后清除,以产生在后续形成过程中不会裂开的干净边缘.
  • 板块几何:[] 使用带有减压口的形状空白来管理物质流.
  • Lubrique:[ 应用绘图化合物以减少摩擦和热积聚. 对于高速印章,氯化或合成油效果良好.

拨号操作

  • 空气弯曲对下行:[ 空气弯曲(带有V-die)更灵活,通过允许过度弯曲来减少弹簧回弹. 下行可以提高精度,但可能导致尖锐的光线裂开.
  • 相对于谷物的end方向: 总是弯曲谷物(与滚动方向相向),以尽量减少分裂。如果需要沿着谷物弯曲,则弯曲半径增加50%。
  • 厚板的加热: 6毫米以上的材料厚度往往得益于局部预热(100~200°C)以减少力和增加电联性.

深画

  • 斑点持有者压力(BHP): BHP太小会导致扭动;过多会导致撕裂. 使用可调节的空白持有者力或氮弹簧在抽中风时微调压力.
  • 画珠: 战略性地放置画珠控制材料流,减少在法兰格地区的摇摆.
  • 多相绘图: 对于深度>0.6倍径的绘图,对工作严重硬化的材料(如不锈钢)使用两个或两个以上带有中间反射的相。

形式模拟和分析高级

有限元素分析(FEA)在现代可形成性工程中已变得不可或缺. AutoForm 或 DYNAFORM 等软件模拟材料流,稀疏,弹簧回流,以及分数至数小时断裂,节省了几周的试和试-error死试.

建立可靠的FEA模型

准确性取决于输入数据:真实的压力-悬浮曲线,异位素产量标准(如Hill48或Barlat YLD2000),以及摩擦系数。对于最佳结果,使用实际线圈或工作表供应商的材料数据,而不是通用值。使用简单的测试,如[]Limiting Dome Height(LDH)测试[或Marciniak杯测试,校准模型。

实践中形成限制图( FLD)

FLD 绘制了材料失败的主要菌株对次要菌株。通过将元素菌株映射到FLD上,工程师可以预测裂缝和颈部区域。如果菌株接近极限线,则缩小拉伸深度,修改空白形状,或调整润滑。 现代 FEA 工具的色码菌株水平,因此问题区域可以立即可见。

春后补偿

形成后,弹性恢复(Springback)扭曲了最终几何。 FEA可以预测弹簧回转,并建议补偿死亡形状。 模型中超速2-5度往往纠正了轻度钢的角弹簧回转。 对AHSS来说,可能需要更积极的补偿(最高15度),再加上局部的硬化珠。

工具和润滑:实际因素

材料和表面完成

工具钢级如D2,A2,或碳化物插入耐磨损磨损. 陶瓷死面至<0.2μ Ra 减小摩擦和叠叠板,用于铝印,避免用硝化或镀铬镀死面来加热.

选择右润滑剂

润滑剂有三个用途:减少摩擦、冷却工作,以及防止加热。 对于低强度钢,矿物油足够;对于铝和高强度钢,使用具有极端压力添加剂的重功率绘图化合物。 水基润滑剂对环境更有利,但可能需要更频繁的施用。

特定材料的可编制准则

镁合金

镁具有六边形的近似包装结构,在室温下几乎变得脆。 形成过程必须在200–400°C进行。 缓慢的菌株速率(0.001–0.01 s−1)对于避免裂解至关重要。 使用保护性大气来防止氧化。

钛合金

Ti-6Al-4V 需要热成型(600–800°C)才能达到足够的电容. Creep 组型(常应力下的缓慢变形)常用于航空航天板. 工具必须用高温合金或陶瓷制成.

结论

设计可塑性是一种系统的做法,它结合了材料科学、几何规则、过程控制和模拟。通过选择具有适当电容和无同质性的材料,应用经证明的光度和统一厚度等设计规则,以及优化诸如牵制压力和润滑等过程参数,工程师可以大幅度降低制造风险。先进的FEA工具现在允许在切割钢材、加速开发周期和降低成本之前进行虚拟验证。从生产数据中不断学习,如测压和废料分析,可以使设计更加可塑化。为了进一步阅读,探索 调解人的可塑性档案 或审查 科学可塑性概览。每个项目都采用这些原则,而你所盖的、弯曲或抽出的部件的缺陷和总成本将减少。