مبانی شکل پذیری فلز در عملیات مهر زنی

مهر زنی فلز یکی از کارآمدترین تکنیک های تولید حجم در تولید صنعتی مدرن است. این فرآیند از طریق تغییر شکل مکانیکی کنترل‌شده، کویل‌های فلزی یا استوک ورق را به اجزای سه‌بعدی دقیق تبدیل می‌کند. هنگامی که تاسیسات تولیدی تولید می کنند مهر زنی قطعات فلزی سهولت کلی پردازش به شدت به ویژگی های مکانیکی، فیزیکی و متالورژیکی ماده خام انتخاب شده بستگی دارد. انتخاب فلزی که به آسانی در برابر نیروهای برشی، خمشی، سکه‌کاری و کشش تسلیم شود، نیاز به تناژ پرس را کاهش می‌دهد، طول عمر فولاد ابزار را افزایش می‌دهد، تولید ضایعات را به حداقل می‌رساند و تکرارپذیری ابعادی ثابت را در طول دوره‌های تولید گسترده تضمین می‌کند.

تعیین اینکه کدام فلز بالاترین درجه شکل پذیری را ارائه می دهد نیاز به ارزیابی خواص مکانیکی کلیدی مانند استحکام تسلیم، مقاومت کششی نهایی، درصد ازدیاد طول کل، رفتار سخت شدن کرنش، و ساختار شبکه کریستالوگرافی دارد. در حالی که چندین فلز غیرآهنی و آهنی ویژگی‌های کار سرد مطلوبی را نشان می‌دهند، آلیاژهای آلومینیوم خالص تجاری، فرمول‌های برنج نرم، فولادهای کششی کم کربن و مس بدون آلیاژ به عنوان فلزاتی که به راحتی تغییر شکل می‌دهند تحت فشارهای پانچ مکانیکی برجسته هستند. درک نحوه رفتار این مواد تحت تنش به طراحان قطعات و مهندسان ابزار اجازه می دهد تا با حفظ یکپارچگی ساختار، کارایی تولید را بهینه کنند.

شکل پذیری ورق فلزی، ظرفیت یک ماده فلزی را برای تغییر شکل دائمی پلاستیکی بدون آسیب به گردن موضعی، پارگی، ترک خوردگی ریز، یا برگشت فنری ابعادی شدید مشخص می کند. در عملیات پرس پرس، شکل پذیری تعیین می کند که ذخایر خام چقدر راحت با هندسه حفره های پانچ و قالب تحت تناژ اعمالی مطابقت داشته باشد.

روابط استحکام تسلیم و استحکام کششی

گذار از خمش موقت الاستیک به شکل‌دهی ساختاری دائمی زمانی اتفاق می‌افتد که تنش مکانیکی اعمال شده از مقاومت تسلیم ماده بیشتر شود. فلزات با استحکام تسلیم اولیه کمتر به نیروی فشار کمتری برای شروع تغییر شکل پلاستیک نیاز دارند. این آستانه نیروی کمتر تنش داخلی را در اجزای قالب کاهش می دهد و به سازندگان اجازه می دهد تا از پرس های مکانیکی یا هیدرولیکی با تناژ پایین تر استفاده کنند.

به همان اندازه حاشیه بین استحکام تسلیم و استحکام کششی نهایی بسیار مهم است. نسبت تسلیم به کشش گسترده یک پنجره عملیاتی گسترده در طول شکل‌دهی فراهم می‌کند. هنگامی که ذخایر ماده خام دارای نقطه تسلیم پایین همراه با استحکام کششی نهایی بالا باشد، به طور مداوم تحت فشار پانچ تغییر شکل می دهد بدون اینکه ناگهان از حد استحکام نهایی خود فراتر رود، که در غیر این صورت منجر به شکستگی یا پارگی کامل مواد می شود.

درصد کشیدگی و ظرفیت کرنش پلاستیک

ازدیاد طول کل درصد وسعتی که یک نمونه فلزی می تواند قبل از وقوع شکستگی فیزیکی کشیده شود را اندازه گیری می کند. موادی که درصد کشیدگی یکنواخت بالایی را نشان می دهند، کشش هندسی شدید را بدون نازک شدن موضعی انجام می دهند. در طول کشش کم عمق پیچیده یا عملیات فلنجینگ سنگین، ازدیاد طول به ساختارهای دانه مواد اجازه می دهد تا به آرامی در شعاع ورودی پانچ کشیده شوند و کرنش را به طور یکنواخت در سراسر قطعه کار توزیع کنند.

ضریب سخت شدن کرنش و نسبت کرنش پلاستیک

توان سخت شدن کرنش، که معمولاً به عنوان مقدار n تعیین می شود، توانایی فلز را برای سخت شدن در هنگام تغییر شکل می سنجد. مقدار n بالاتر نشان می دهد که با تغییر شکل یک ناحیه موضعی، نیروهای تغییر شکل بعدی را تقویت کرده و به مناطق کار نشده اطراف منتقل می کند. این مکانیسم تغییر شکل پلاستیک را در سطح وسیع تری پخش می کند و از گردن شدن زودرس جلوگیری می کند.

نسبت کرنش پلاستیک که به عنوان مقدار r یا ناهمسانگردی معمولی تعیین می‌شود، مقاومت یک ورق فلز را در برابر نازک شدن دیواره در طول کشش عمیق اندازه‌گیری می‌کند. مقدار r بالا نشان می دهد که ورق فلز ترجیح می دهد از ناحیه فلنج به سمت داخل کشیده شود تا اینکه از طریق ضخامت نازک شود. هنگامی که سازندگان قطعات فلزی مهر زنی حفره عمیق را ایجاد می کنند، فلزاتی که مقدار n بالا را با مقدار r بالا ترکیب می کنند، سهولت فوق العاده ای در پردازش ایجاد می کنند.

آلیاژهای آلومینیوم به عنوان فلزات بسیار شکل پذیر برای مهر زنی

گریدهای آلومینیوم خالص تجاری و آلیاژهای آلومینیوم نرم غیر قابل عملیات حرارتی به طور گسترده در میان ساده‌ترین مواد برای پردازش در دستگاه‌های پرس ورق فلزی شناخته می‌شوند. عملکرد استثنایی آنها در شکل دهی سرد مستقیماً از معماری اتمی و مقاومت مکانیکی کم آنها ناشی می شود.

مکانیک شبکه مکعبی متمرکز صورت

آلومینیوم دارای ساختار شبکه کریستالی مکعبی وجهی است. این آرایش اتمی شامل دوازده سیستم لغزش اولیه است که جهت‌های کریستالوگرافی متعددی را ارائه می‌کند که در امتداد آن صفحات اتمی تحت تنش برشی از کنار یکدیگر می‌لغزند. از آنجایی که لغزش در دمای محیط به آسانی رخ می دهد، آلومینیوم شکل پذیری طبیعی بالا، مقاومت برشی کم و قابلیت جریان پلاستیک عالی در زیر رم های پرس مکانیکی از خود نشان می دهد.

عملکرد آلومینیوم بدون آلیاژ درجه یازده صد

آلیاژ آلومینیوم خالص یازده صد در شرایط دمایی O کاملا آنیل شده یکی از ساده ترین مواد فلزی برای مهر زنی است. این ماده دارای محتوای آلومینیوم نود و نه درصد یا بیشتر است، این ماده دارای استحکام تسلیم بسیار کم همراه با مقادیر ازدیاد طول کل بالا اغلب بیش از سی و پنج درصد است.

هنگامی که مجموعه قالب های پیشرونده یا انتقالی آلومینیوم سری هزار و صد را پردازش می کنند، نیروهای پانچ بسیار کم باقی می مانند. این ماده به آرامی در حفره‌های قالب پیچیده جریان می‌یابد و آن را برای درپوش‌های تزئینی پیچیده، بازتابنده‌های الکتریکی، پره‌های مبدل حرارتی و پوسته‌های ظروف کم عمق مناسب می‌سازد. علاوه بر این، ماهیت نرم آلومینیوم بدون آلیاژ منجر به حداقل سایش ساینده روی دکمه‌های قالب فولادی ابزار سخت شده می‌شود و فواصل نگهداری ابزار را در طول چرخه‌های تولید طولانی افزایش می‌دهد.

شکل پذیری آلیاژ آلومینیوم سه هزار و سه

در حالی که آلومینیوم خالص حداکثر نرمی را ارائه می دهد، آلیاژ آلومینیوم سه هزار و سه، منگنز را به عنوان عنصر آلیاژی اولیه برای افزایش استحکام مکانیکی و حفظ شکل پذیری بالا معرفی می کند. آلیاژ سه هزار و سه در حالت حرارت O آنیل شده، شکل پذیری عالی، خمش پذیری صاف و کشش خوب را ارائه می دهد.

افزودن منگنز ماتریس آلومینیوم را از طریق تقویت محلول جامد بدون محدود کردن قابل توجه حرکت نابجایی در طول تغییر شکل سرد، تقویت می‌کند. در نتیجه، آلومینیوم سری سه هزار و سه به راحتی در زیر سوراخ‌های خالی، سوراخ‌کردن و کشش تغییر شکل می‌دهد و در عین حال استحکام ساختاری بالاتری را در قطعات فلزی مهر زنی کامل ارائه می‌دهد. کاربردهای معمولی شامل سپرهای حرارتی خودرو، قطعات HVAC مسکونی، محفظه لوازم خانگی و محفظه های الکترونیکی است.

شکل پذیری آلیاژ آلومینیوم پنج هزار و پنجاه و دو

آلیاژ آلومینیوم پنج هزار و پنجاه و دو دارای منیزیم است که استحکام بالاتری را ارائه می دهد و در عین حال خصوصیات شکل دهی سرد قابل احترام را در شرایط آنیل شده حفظ می کند. منیزیم رفتار سخت شدن کار را افزایش می دهد، و به ورق فلز اجازه می دهد تا کرنش را به طور موثر در طول ضربات شکل دهی عمیق توزیع کند.

اگرچه آلومینیوم پنج هزار و پنجاه و دو به تناژ پرس کمی بالاتر از آلیاژ یازده صد یا آلیاژ سه هزار و سه نیاز دارد، اما شکل دهی آن بسیار آسان تر از فولادهای ساختاری یا آلیاژهای نیکل است. مقاومت بالای آن در برابر خوردگی آب نمک و استقامت خوب در برابر خستگی، آن را به گزینه ای ارجح برای براکت های دریایی، پانل های شاسی الکترونیکی و قطعات حمل و نقل تبدیل می کند که در آن شکل پذیری بالا و دوام محیطی باید مطابقت داشته باشند.

ملاحظات حمل و نقل ویژه برای مهر زنی آلومینیوم

آلومینیوم نرم علیرغم شکل‌پذیری فوق‌العاده‌اش، به تنظیمات عملیاتی خاصی در کارخانه مهر زنی نیاز دارد. به دلیل ماهیت سطح نرم آن، استوک ورق آلومینیومی در برابر فشار سطحی و جوشکاری میکرو بر روی سطوح قالب تحت فشارهای تماس شدید حساس است.

برای کاهش برداشت مواد و حفظ کیفیت پرداخت سطح، سازندگان ابزار از الماس بسیار صیقلی مانند پوشش‌های کربنی یا تیمارهای نیترید تیتانیوم برای پانچ کردن و سطوح قالب استفاده می‌کنند. علاوه بر این، روان کننده های مصنوعی با ویسکوزیته سبک به طور مداوم روی سیم پیچ های آلومینیومی خام اعمال می شوند تا زباله های میکروسکوپی را پاک کنند، اصطکاک را مدیریت کنند و در حین اجرای پرس با سرعت بالا از سطحی شدن جلوگیری کنند.

فولاد کم کربن و فولادهای نرم نرم

فلزات آهنی بخش عظیمی از کل تولید جهانی مهر زنی را تشکیل می دهند. در میان آلیاژهای مبتنی بر آهن، فولادهای کم کربن و فولادهای با کیفیت کشش بسیار عمیق به عنوان آسان‌ترین فلزات آهنی برای قرار دادن در هندسه‌های ساختاری و پانل‌ها قرار دارند.

ریزساختار و تأثیر محتوای کربن

شکل پذیری سرد فولاد به طور مستقیم توسط محتوای کربن شیمیایی آن کنترل می شود. فولادهای کم کربن معمولاً حاوی کمتر از نقطه صفر و یک درصد کربن وزنی هستند. به حداقل رساندن محتوای کربن، تشکیل فازهای سمنتیت سخت در ماتریس آهن میکروسکوپی را سرکوب می کند و یک ریزساختار فریتی عمدتاً نرم باقی می گذارد.

فریت شکل پذیری بالا و استحکام تسلیم پایینی از خود نشان می دهد و به درج های فولادی ابزار پانچ اجازه می دهد فلز را بدون نیاز به تناژ بیش از حد برش دهند، خم کنند و به هم بزنند. کویل‌های فولادی کم کربن تحت فرآیندهای نورد سرد و بازپخت کنترل‌شده قرار می‌گیرند تا ساختارهای دانه‌ای بهینه ایجاد کنند که ازدیاد طول یکنواخت و قابلیت سخت شدن کرنش را در طول عملیات پرس به حداکثر می‌رساند.

فولاد تجاری و رسم گریدهای فولادی

فولاد تجاری استاندارد، که به عنوان نوع B تعیین می شود، شکل پذیری خوبی را برای خمش متوسط، کشش کم عمق و کارهای خالی کردن عمومی فراهم می کند. با این حال، برای اشکال هندسی بیشتر، سازندگان از فولاد کششی و فولاد کششی عمیق استفاده می کنند.

فولاد کششی کنترل شدیدتری بر ناخالصی های شیمیایی مانند گوگرد، فسفر و سیلیکون دارد. کاهش سطوح ناخالصی از آخال های شکننده ای که می توانند به عنوان نقاط تمرکز تنش در طول شکل گیری عمل کنند، جلوگیری می کند. فولاد کششی عمیق، ازدیاد طول یکنواخت بالا و مقادیر نسبت کرنش پلاستیکی مطلوب را نشان می دهد، که کشش چشمگیر مواد را بدون پارگی دیوار ممکن می سازد.

قابلیت های فولادی با کیفیت کشش فوق العاده عمیق

فولاد با کیفیت کشش فوق العاده عمیق نشان دهنده اوج شکل پذیری در میان ورق های آهنی است. این ماده که اغلب به عنوان فولاد آزاد بینابینی تولید می شود، از افزودنی های میکرو آلیاژی تیتانیوم یا نیوبیم برای تثبیت اتم های کربن و نیتروژن باقی مانده در محلول جامد استفاده می کند.

با از بین بردن اتم های بینابینی آزاد، فولاد ازدیاد طول نقطه تسلیم صفر را نشان می دهد و از ایجاد علائم کرنش برانکارد سطحی ناخوشایند در طول شکل گیری جلوگیری می کند. فولاد کشش فوق العاده عمیق به مقادیر ناهمسانگردی نرمال بالایی دست می یابد، و فشار دادن آن را در پانل های پیچیده بدنه خودرو، تابه های روغن عمیق، وان دستگاه و پرس های ساختاری پیچیده که به جریان مواد چند محوری شدید نیاز دارند، بسیار آسان می کند.

برگشت فنری و پایداری ابعادی در فولاد کم کربن

در مقایسه با فولادهای آلیاژی با استحکام بالاتر یا آلیاژهای آلومینیوم، فولاد کم کربن رفتار برگشت فنری قابل پیش بینی را پس از انتشار پانچ نشان می دهد. از آنجایی که استحکام تسلیم آن نسبت به مدول الاستیک آن در حد متوسط ​​باقی می‌ماند، تنش‌های داخلی پسماند به راحتی از طریق ایستگاه‌های استاندارد خمش بیش از حد قالب یا سکه‌کاری پایین پاک می‌شوند. این پایداری طراحی قالب را ساده می کند و راه اندازی اولیه ابزار را در هنگام تولید قطعات فلزی مهر و موم سرعت می بخشد.

آلیاژهای مس و برنج در شکل دهی دقیق

مس بدون آلیاژ و آلیاژهای برنج با روی بالا نشان دهنده دسته دیگری از فلزات بسیار انعطاف پذیر هستند که با سهولت استثنایی در داخل قالب های مهر زنی دقیق پردازش می شوند.

چکش خواری گریدهای مس غیر آلیاژی

نمرات مس بدون آلیاژ، از جمله مس بدون اکسیژن با رسانایی بالا و مس الکترولیتی سخت، چکش خواری قابل توجهی را نشان می دهد. مانند آلومینیوم، مس در یک شبکه مکعبی در مرکز صورت متبلور می شود و سطوح لغزشی فراوانی را برای تغییر شکل پلاستیک صاف تحت بارگذاری مکانیکی فراهم می کند.

مس دارای استحکام تسلیم پایین همراه با شکل‌پذیری فوق‌العاده است که اجازه کار سرد شدید را بدون نیاز به عملیات حرارتی بازپخت متوسط ​​می‌دهد. هنگامی که مهر و موم می شود، استوک ورق مسی به راحتی در حفره های ریز قالب جریان می یابد و آن را به گزینه ای بهینه برای ترمینال های الکتریکی پیچیده، شین ها، کنتاکت های رله و پین های اتصال الکترونیکی تبدیل می کند. رسانایی حرارتی بالا همچنین به دفع گرمای اصطکاکی تولید شده در سطح مشترک قالب در طول اجرای سریع مهر زنی پیشرونده کمک می کند.

شکل پذیری کارتریج برنجی هفت صفر سی

در میان آلیاژهای مس روی، برنج کارتریج حاوی تقریباً هفتاد درصد مس و 30 درصد روی، بالاترین ترکیب شکل پذیری و استحکام را ارائه می دهد. این ریزساختار آلفا برنجی تک فاز، حداکثر کارایی سرد را فراهم می کند.

برنج کارتریج نام خود را از استفاده تاریخی آن در محفظه های مهمات عمیق گرفته است، جایی که صفحات فلزی تحت ضربات کشش چند مرحله ای شدید قرار می گیرند. در عملیات قالب پیشرونده و انتقالی، برنج کارتریج ظرفیت کشیدگی بالا، استحکام تسلیم کم و مقاومت فوق‌العاده در برابر ترک‌خوردگی لبه‌ها در حین عملیات خمش شدید یا چرخش سنگین نشان می‌دهد.

ویژگی های سایش و اصطکاک کم ابزار

آلیاژهای مس و برنج هنگام لغزش در برابر اجزای قالب فولادی ابزار سخت شده دارای ضریب اصطکاک پایینی هستند. روانکاری طبیعی آنها سایش ساینده را در منگنه های برش و بلوک های تشکیل دهنده به حداقل می رساند و عمر ابزار را در میلیون ها چرخه ضربه ای افزایش می دهد.

علاوه بر این، آلیاژهای مس در مراحل اولیه تغییر شکل، نرخ سخت شدن کار ناچیزی را نشان می‌دهند، که به پانچ‌ها اجازه می‌دهد تا الگوهای سوراخ تمیز و بدون سوراخ را با حداقل نیروی برشی سوراخ کنند. قطعات مسی و برنجی تکمیل شده، دقت ابعادی بالا و پروفیل های لبه تمیز را بدون عملیات ثانویه زدایی گسترده حفظ می کنند.

عوامل متالورژیکی کلیدی موثر بر سهولت مهر زنی

سهولت نسبی فرآیندهای فلزی در داخل قالب مهر زنی به چندین پارامتر متالورژیکی مرتبط با یکدیگر بستگی دارد. طراحان ابزار و مهندسان تولید این معیارها را برای انتخاب حالت بهینه مواد خام و تنظیم پارامترهای پرس ارزیابی می کنند.

اندازه و جهت ساختار دانه

اندازه دانه میکروسکوپی ورق فلزی بر شکل پذیری فیزیکی و ظاهر سطح پس از تغییر شکل تأثیر می گذارد. ساختارهای دانه ریز که معمولاً بین اندازه دانه هفت و هشت ASTM طبقه‌بندی می‌شوند، استحکام تسلیم بالاتری را ارائه می‌کنند اما پس از شکل‌دهی، سطح صاف را ارائه می‌دهند.

برعکس، ساختارهای دانه‌ای بیش از حد درشت، استحکام تسلیم را کاهش می‌دهند و تغییر شکل اولیه را آسان‌تر می‌کنند، اما در هنگام کشیده شدن باعث زبری سطحی به نام پوست پرتقال می‌شوند. نقایص پوست پرتقال باعث افزایش استرس های میکرو می شود که می تواند باعث ایجاد ترک زودرس در هنگام خمش شدید شود. پردازش بهینه ورق فلزی به ساختارهای دانه ای متعادل نیاز دارد که از طریق چرخه های نورد سرد کارخانه ای کنترل شده و بازپخت مجدد به دست می آید.

علاوه بر این، جهت نورد دانه نسبت به محورهای خمشی اصلی نقش تعیین کننده ای در عملکرد مواد دارد. خم شدن ورق فلزی عمود بر جهت نورد، کرنش کششی را در مرزهای چند دانه توزیع می‌کند و احتمال شکافتن لبه‌ها در امتداد خمش‌های شعاع تنگ را به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌دهد.

دینامیک نماهای سخت شدن کرنش

قدرت سخت شدن کرنش نشان می دهد که چگونه یک فلز با تجمع نابجایی های اتمی در طول کرنش پلاستیک، تقویت شود. فلزات با مقادیر سخت شدن کرنش بالا تحت تنش به طور قابل پیش بینی سخت می شوند و نیروهای تغییر شکل را به مناطق نرم تر مجاور قطعه کار منتقل می کنند.

این رفتار توزیع کرنش یکنواخت از ایجاد گردن موضعی در مناطق با کشش زیاد جلوگیری می کند و به ویژگی های پیچیده سه بعدی اجازه می دهد تا به آرامی شکل بگیرند. مس بازپخت شده، فولاد کشش کم کربن و آلیاژهای نرم آلومینیوم، نماهای سخت شدن کرنش مطلوبی را حفظ می کنند که از کشش بالای مواد در طی عملیات پرس مکانیکی تک زمانه پشتیبانی می کند.

ناهمسانگردی نرمال و رفتار ترسیم عمیق

ناهمسانگردی معمولی نسبت کرنش عرض به کرنش ضخامت را در طول آزمایش کششی اندازه گیری می کند. نسبت کرنش پلاستیکی بالا نشان می دهد که این ماده در برابر نازک شدن در طول ابعاد ضخامت خود مقاومت می کند در حالی که آزادانه در عرض صفحه عرض خود منقبض می شود.

فلزات با ناهمسانگردی نرمال بالا به جای کشش و نازک کردن دیواره های عمودی ظروف، مواد را از نواحی نگهدارنده خالی اطراف به داخل می کشند. موادی که دارای نسبت کرنش پلاستیکی بالایی هستند، مانند فولادهای با کیفیت کشش بسیار عمیق و برنج آلفای آنیل شده، با کاهش تعداد ایستگاه های ترسیم مجدد میانی مورد نیاز برای دستیابی به عمق سیلندر هدف، توالی های کشش عمیق را ساده می کنند.

مدول الاستیک و جبران فنری

مدول الاستیک سفتی ذاتی یک ماده را اندازه گیری می کند. هنگامی که یک قوچ پرس مهر زنی بالا می رود و فشار ایجاد شده را کاهش می دهد، کرنش الاستیک داخلی آزاد می شود و باعث می شود که قطعه کمی به سمت عقب به سمت شکل مسطح اصلی خود خم شود.

فلزات با استحکام تسلیم کم همراه با مدول الاستیک بالا حداقل برگشت فنری کشسانی را نشان می دهند. به عنوان مثال، فولاد کم کربن دارای مدول الاستیک بالایی نسبت به نقطه تسلیم آن است که منجر به پایداری ابعادی محکم پس از شکل‌گیری می‌شود. آلیاژهای نرم آلومینیوم نیز دارای قابلیت کنترل فنری هستند، مشروط بر اینکه شعاع خمشی به درستی طراحی شده باشد. فنر بک کم طراحی هندسه قالب را ساده می کند، سنگ زنی قالب آزمایشی و خطای گسترده را حذف می کند، و ابعاد فیزیکی ثابت را در قطعات فلزی مهر زنی تولید انبوه تضمین می کند.

ملاحظات فرآیند و ابزار برای فلزات نرم

در حالی که شکل‌دهی فلزات نرم و انعطاف‌پذیر ذاتاً آسان‌تر است، به حداکثر رساندن راندمان پردازش نیاز به پیکربندی پارامترهای خط پرس و معماری ابزار قالب برای مطابقت با ویژگی‌های مواد دارد.

Punch and Die Clearance Optimization

فاصله ابزار، فضای فیزیکی بین لبه برش پانچ و دهانه مربوطه در یک صفحه قالب را مشخص می کند. توزیع صحیح فاصله بر اساس ضخامت مواد و مقاومت برشی مواد محاسبه می شود.

هنگام خالی کردن فلزات نرم مانند آلومینیوم 1100 یا مس خالص، فاصله ها محکم تر از مواردی که برای فولادهای ضد زنگ با استحکام بالا استفاده می شود تنظیم می شوند. فاصله زیاد روی فلزات نرم منجر به تشکیل سوراخ‌های سنگین، واژگونی لبه و کشیدن بیش از حد مواد به داخل حفره قالب می‌شود. فاصله پانچ صحیح شکستگی مواد تمیز، نوارهای براقی صاف و پروفیل های اجزای صاف را تضمین می کند.

دای رادیوس ها و سطوح پرداخت شده

شعاع های شکل دهی روی حلقه های کششی و نوک پانچ باید ویژگی های جریان فلزات نرم را در خود جای دهد. شعاع تیز، کرنش موضعی متمرکز را ایجاد می کند، که می تواند با وجود شکل پذیری ذاتی بالا، ورقه نرم را برش دهد.

شعاع های ورودی سخاوتمندانه باعث حرکت روان مواد در حفره های قالب می شود. علاوه بر این، سطوح قالب طراحی‌شده برای فلزات غیرآهنی نرم، تا سطوح آینه‌ای بالا صیقل داده می‌شوند یا با لایه‌های نازک سخت پوشش داده می‌شوند تا از اصطکاک سطحی موضعی، گازگرفتگی و انتقال آلومینیوم جلوگیری شود.

دینامیک روانکاری و خنک کننده مواد

روغن کاری نقش مهمی در هنگام مهر زنی ورق فلزی با شکل پذیری بالا ایفا می کند. اصطکاک ایجاد شده در سطح مشترک بین ورق فلز و فولاد قالب می تواند حرکت مواد را محدود کند و باعث پارگی غیرمنتظره حتی در آلیاژهای بسیار انعطاف پذیر شود.

سیالات مصنوعی محلول در آب و روغن‌های معدنی سبک اصطکاک مرزی را کاهش می‌دهند، اجزای ابزار را خنک می‌کنند و ذرات ریز فلزی شل را از حفره قالب خارج می‌کنند. کاربرد مناسب سیال، لغزش یکنواخت مواد را در زیر صفحات فشار نگهدارنده خالی تضمین می‌کند و سازندگان را قادر می‌سازد تا از پتانسیل کشیدگی کامل آلومینیوم نرم، برنج و فولاد کم کربن استفاده کنند.

تناژ و همگام سازی سرعت را فشار دهید

فلزات نرم و بسیار شکل پذیر در مقایسه با فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا یا گریدهای تیتانیوم ساختاری به تناژ کل پرس کمتری نیاز دارند. این نیاز به نیروی کمتر، بارگذاری شوک بر روی قاب های پرس مکانیکی، میلگردها و میل لنگ را کاهش می دهد.

علاوه بر این، فلزات غیرآهنی شکل‌پذیر را می‌توان با سرعت پرس سریع پردازش کرد، که اغلب در خطوط پرس مترقی خودکار از چند صد ضربه در دقیقه فراتر می‌رود. همگام سازی مکانیسم های تغذیه سریع مواد با ضربات پرس مکانیکی با سرعت بالا، توان تولید بالا و حداقل هزینه برای هر قطعه تمام شده را به همراه دارد.

ارزیابی تطبیقی فلزات مهر زنی

ارزیابی شکل پذیری نسبی و تاثیر عملیاتی فلزات مهندسی مختلف به برنامه ریزان تولید اجازه می دهد تا هزینه مواد، خواص مکانیکی و سادگی ساخت را متعادل کنند. مقایسه زیر معیارهای کلیدی شکل پذیری کیفی را در بین آلیاژهای مهر زنی فلزات اولیه نشان می دهد.

ملاحظات هزینه مواد در مقابل بازده تولید

در حالی که فلزات غیرآهنی فوق‌العاده نرم مانند آلومینیوم خالص یا برنج کارتریج، حداکثر سهولت در مهر زنی را ارائه می‌دهند، هزینه‌های تهیه مواد خام باید با افزایش حجم تولید سنجیده شود. فلزات غیرآهنی معمولاً قیمت مواد اولیه بالاتری را نسبت به فولادهای کربنی استاندارد دارند.

با این حال، پردازش فلزات غیرآهنی بسیار انعطاف پذیر به طور چشمگیری هزینه های تعمیر و نگهداری ابزار را کاهش می دهد، فواصل تیز کردن پانچ را افزایش می دهد و استفاده از ماشین آلات پرس با تناژ سبک تر را مجاز می کند. برای قطعات با حجم بالا که دارای حفره‌های کششی عمیق یا خمیدگی‌های چند جهتی پیچیده هستند، صرفه‌جویی حاصل از کاهش سایش قالب و سرعت چرخه بالاتر اغلب هزینه‌های بالاتر مواد خام را در طول عمر محصول جبران می‌کند.

محدودیت های هندسی و محدودیت های شکل پذیری

حتی انعطاف پذیرترین فلزات دارای مرزهای فیزیکی در مورد حداکثر شدت تغییر شکل هستند. تلاش برای وادار کردن ورق آلومینیوم آنیل شده یا ورقه فولادی کشش بسیار عمیق فراتر از حد ازدیاد طول یکنواخت آن باعث ایجاد گردن موضعی و پارگی نهایی می شود.

مهندسان ابزار از نمودارهای حد شکل دهی برای ترسیم مناطق عملیاتی ایمن برای فلزات نرم استفاده می کنند. با ارزیابی توزیع کرنش اصلی و کرنش جزئی در مناطق با کشش زیاد، طراحان قالب ایستگاه‌های پیش‌شکل‌دهی میانی را وارد می‌کنند، برش‌های کمکی مواد را اضافه می‌کنند، یا نیروهای گیره نگهدارنده خالی را تنظیم می‌کنند تا تغییر شکل موضعی در محدوده‌های مواد ایمن حفظ شود.

دستورالعمل های مهندسی عملی برای انتخاب فلز

انتخاب ساده ترین فلز برای یک پروژه مهر زنی خاص نیازمند هماهنگ کردن الزامات استفاده نهایی کاربردی با سهولت ساخت است. بکارگیری دستورالعمل های متالورژیکی عملی در طول طراحی اجزای اولیه از گلوگاه های تولید پایین دستی جلوگیری می کند.

تطبیق شکل پذیری با عمق ترسیم شده و شدت فرم

هنگام طراحی اجزای مسطح ساده با سوراخ‌های اصلی سوراخ‌شده داخلی و لبه‌های تاشو کم‌عمق، فولاد تجاری استاندارد کم کربن یا آلومینیوم نیمه سخت، شکل‌پذیری کافی را در عین حفظ سفتی قطعه فراهم می‌کند.

با این حال، زمانی که هندسه اجزا شامل حفره‌های بدون درز عمیق، پوسته‌های استوانه‌ای بلند، یا سطوح منحنی مرکب است، طراحان اجزا باید آلیاژهای آلومینیومی کاملاً آنیل شده، برنج کارتریج یا فولادهای با کیفیت کشش فوق‌العاده عمیق را به کار گیرند. مشخص کردن حالت نرم مواد در جلو تضمین می‌کند که انبار خام بدون نیاز به توالی‌های پیچیده بازپخت چند مرحله‌ای در طول دوره‌های تولید، کشیده می‌شود.

محدودیت های شعاع و استراتژی های جهت گیری خمشی

برای استفاده کامل از شکل‌پذیری طبیعی فلزات که به راحتی مهر و موم می‌شوند، نقشه‌های اجزا باید دارای شعاع‌های خمشی سخاوتمندانه در داخل باشند. به عنوان یک روش کلی، شعاع خم درونی باید برابر یا بیشتر از ضخامت ورق مواد برای آلومینیوم نرم و فولاد کم کربن باشد.

بعلاوه، طرح‌بندی اجزا بر روی تارهای سیم پیچ پیوسته باید خطوط خم اولیه را در زوایای قائم نسبت به جهت غلتش نوار فلزی جهت دهد. تراز کردن خطوط خم در سراسر دانه، غلظت تنش کششی را در امتداد شعاع خم بیرونی به حداقل می‌رساند و عملاً ترک خوردن لبه‌ها را حتی در هنگام بستن چین‌های ساختاری محکم از بین می‌برد.

قوانین آماده سازی لبه و قرار دادن سوراخ

اگر سوراخ پانچ خیلی نزدیک به فلنج های شکل گرفته یا لبه های خالی قرار گیرد، حتی فلزات نرم نیز ممکن است دچار پارگی زودرس شوند. سوراخ کردن سوراخ‌ها قبل از شکل‌دهی سنگین، اطراف سوراخ‌ها را کشیده و تنش موضعی لبه را ایجاد می‌کند.

قرار دادن لبه‌های سوراخ در حداقل فاصله دو تا سه برابر ضخامت مواد به دور از خطوط خم اصلی، تداوم مواد را حفظ می‌کند و به فلزات نرم اجازه می‌دهد تا در طول فرود پانچ به طور یکنواخت جریان پیدا کنند. برای حداکثر کیفیت لبه، منگنه‌های خالی کننده تیز با لبه‌های برش صیقلی، محیط‌های بدون سوراخ ایجاد می‌کنند که در برابر فلنج‌های ثانویه شدید بدون شکاف لبه مقاومت می‌کند.