Kontrolle des Flusses und Erzielung von Dehnung bei Tiefziehvorgängen

Abbildung 1

Es kann manchmal sehr frustrierend und zeitaufwändig sein, ein faltenfreies Teil und den gewünschten Dehnungsgrad in einem tiefgezogenen Teil zu erhalten. Falten, Brüche, loses Metall, Schnallen und Ölkonserven sind alltägliche Probleme in der Formenbau- und Stanzindustrie.

Um diese Schwierigkeiten zu bewältigen, ist ein gutes Verständnis des Metallflusses und seiner Auswirkungen durch Ziehsicken, Stufensicken und Zugstangen sowie die Auswirkungen der Teilegeometrie erforderlich. Dieser Artikel konzentriert sich auf die Prinzipien der Spezifikation, des Designs und der Fehlerbehebung dieser vier Grundelemente.

Ziehperlen sind rippenartige Vorsprünge, die entweder auf dem Bindemittel oder der Ziehringoberfläche angebracht sind und den Metallfluss in den Hohlraum der Matrize und über den Stempel einer Ziehmatrize einschränken und steuern. Einfach ausgedrückt fungieren Ziehperlen als Bremsschwellen für das Material, das in den Hohlraum der Matrize gelangt.

Stellen Sie sich vor, Sie fahren mit Ihrem Auto mit 55 Meilen pro Stunde. Vor Ihnen sehen Sie eine Bremsschwelle mit einem allmählichen, sanft fließenden Radius. Sofern Sie kein Stuntfahrer sind, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass Sie abbremsen, bevor Sie die Unebenheit berühren, damit Sie sie sanft überqueren können.

Wenn Sie statt einer Bodenschwelle auf der Straße einen großen Bordstein aus Beton vor sich sehen würden, würden Sie höchstwahrscheinlich stark bremsen, um sehr langsam über das Hindernis fahren zu können. Wenn der Bordstein zu hoch wäre, könnten Sie sich dafür entscheiden, ihn überhaupt nicht zu überschreiten.

Ihre Entscheidung darüber, wie schnell Sie ein Hindernis überqueren, hängt zum Teil von der Geometrie des Hindernisses ab. Ziehraupen verwenden das gleiche Grundprinzip, um Material zu kontrollieren, das durch die vertikale Bewegung einer Stanzpresse in einen Formhohlraum gezogen wird.

Ziehraupen zwingen das Material dazu, sich zu biegen und zu entspannen, bevor es in den Hohlraum der Matrize gelangt. Dieser Vorgang erzeugt eine Rückhaltekraft auf das Blech, die dazu führt, dass das Material mit geringerer Geschwindigkeit und geringerem Volumen in den Formhohlraum gelangt. Die Höhe, Form und Größe einer Zugsicke und eines Wulsthohlraums bestimmen die Menge der erzeugten einschränkenden Kraft. Eine scharfe Ziehsicke und ein Hohlraumradius verringern den Metallfluss, während eine große Ziehsicke und ein großer Hohlraumradius dafür sorgen, dass das Material freier fließen kann (sieheAbbildung 1).

Eine Stufensicke ist in ihrer Funktion einer herkömmlichen halbrunden Zugsicke sehr ähnlich, hat aber eine andere Form. Stufensicken befinden sich typischerweise am Außenumfang der Locheröffnung des Binders. Diese Position ermöglicht eine optimale Kontrolle des Metallflusses in der Nähe des Ziehstempels und bietet die Möglichkeit zur Materialeinsparung.

Stufensicken können mit weniger Kraft gesetzt werden als herkömmliche halbrunde Zugsicken und verringern häufig die Kaltverfestigung, die während des Biege- und Abbiegeprozesses auftritt. Die Kaltverfestigung wird vor allem deshalb reduziert, weil das Material bei der Verwendung von Stufensicken weniger Biegung und Entbiegung ausgesetzt ist (sieheFigur 2).

Ziehperlen können maschinell bearbeitet, geschweißt oder auf oder in den Ziehring oder die Bindemitteloberfläche einer Ziehmatrize eingesetzt werden. Da Zug- und Stufenperlen in der Regel einem hohen abrasiven und adhäsiven Verschleiß ausgesetzt sind, müssen sie aus sehr verschleißfestem Werkzeugstahl gefertigt sein. Darüber hinaus müssen sie sich allmählich in die Oberfläche einfügen, auf der sie angebracht sind. Dieser gemischte Übergang verändert allmählich die restriktive Kraft und verringert die mögliche Scher- oder Reißwirkung der „Schwarte“ oder Kopfbereiche der gezogenen Schale.

Figur 2

Die Bestimmung der besten Position für eine Ziehsicke ist eine Entscheidungsfrage, die in erster Linie auf der Teilegeometrie basiert. Tiefere Bereiche einer gezogenen Schale erfordern einen stärkeren Materialfluss; Flache Bereiche der Schale verbrauchen weniger Material. Der Materialverbrauch zwischen den beiden Oberflächen kann mithilfe der Linienlängenanalyse geschätzt werden.

Um zu verhindern, dass überschüssiges Material in die flachen Bereiche eines Teils fließt, müssen in den Zuführbereichen der Bindemitteloberfläche Zug- oder Stufenwülste vorgesehen werden. Das Experimentieren mit Sandpapier oder Sandpapier zwischen dem Bindemittel und der Oberfläche des Zugrings kann dabei helfen, die beste Position für eine Zugperle zu bestimmen. Aufgrund ihrer abrasiven Eigenschaften wirken die Materialien als Greifer, um das Material festzuhalten und zu verhindern, dass es in den Hohlraum der Matrize gelangt, und ahmen so Ziehperlen nach.

Ein weiterer experimenteller Prozess zur Bestimmung der besten Position für eine Ziehsicke besteht darin, die Rohlingsgröße im vorgeschlagenen Bereich zu erhöhen. Das zusätzliche Material zwischen dem Bindemittel und dem Zugring erhöht die Rückhaltekraft des Rohlings und zeigt an, wo eine Zugperle ersetzt werden kann.

Zugstangen sind Höcker oder halbrunde „Minipfosten“, die häufig bei Oberflächenprägungen der Klasse A verwendet werden, bei denen Dehnungs- und Beulfestigkeit entscheidend für die Erzielung eines akzeptablen Erscheinungsbilds sind. Sie unterscheiden sich von Ziehperlen dadurch, dass sie Teil eines Ziehstempels und nicht der Matrize sind.

Zugstangen müssen außerhalb der endgültigen Teilegeometrie platziert werden und befinden sich normalerweise in den flacheren Abschnitten eines gezogenen Teils (sieheFigur 3 ). Sie haben zwei Hauptfunktionen:

Die Form des Ziehstempels bestimmt oft den Grad der Dehnung, der während des Ziehvorgangs erreicht werden kann. Einfach ausgedrückt: Überall dort, wo sich am Stempel- oder Matrizenhohlraum ein großer Außenradius befindet, dehnt sich das Metall und fließt. Kleine Radien neigen dazu, die Dehnung und das Fließen des Materials zu blockieren oder zu begrenzen. Bei ordnungsgemäßer Gestaltung der Teile kann es sowohl im Produkt als auch im Bindemittelbereich zu starkem Fließen und Dehnen kommen.

Der Draw Punch reinFigur 4 hat einen kleinen Radius am Stempel. Dieser kleine Radius zwingt das Material dazu, hauptsächlich aus dem Bindemittelbereich gezogen zu werden. Wenn das Ziehverhältnis extrem ist, spaltet sich das Teil höchstwahrscheinlich in der vertikalen Wand der gezogenen Schale. Da der kleine Radius am Stempel den Materialfluss nicht fördert, tritt im mittleren Produktbereich des Teils nur eine geringe oder keine Dehnung auf.

Der Draw Punch reinAbbildung 5 hat einen großen Radius am Stempel. Dieser größere Radius zieht und streckt Material sowohl aus dem Bindemittel- als auch aus dem Produktbereich. Diese Stanzform ist am wünschenswertesten, wenn versucht wird, im gesamten Produktbereich eine maximale Gesamtdehnung zu erreichen.

In einer anderen möglichen Anordnung weist der Ziehstempel einen großen Radius am Umfang des Gehäuses und einen kleinen Radius am Innenprofil des Stempelhohlraums auf. Darüber hinaus verfügt der Matrizenhohlraumpfosten über einen großen Radius. Durch diese Produktform kann Material sowohl aus flachen Bereichen des Teils als auch aus dem Bindemittelbereich gezogen werden.

Schließlich könnte der Ziehstempel große Radien am Außenprofil des Stempels und am Innenprofil des Stempelhohlraums aufweisen. Der Hohlraum hat einen kleinen Radius. Dieses Produktdesign neigt dazu, Material aus dem äußeren flachen Teil des Produktbereichs sowie aus dem Bindemittelbereich zu ziehen und zu dehnen.

Figur 3

Das Verständnis der Grundprinzipien zur Erzielung von Dehnung und zur Beseitigung von Falten kann sich bei der Fehlersuche an gezogenen Teilen als äußerst wertvoll erweisen.

Allzu oft werden Zugperlen verwendet, um Dehnbarkeit zu erreichen und Faltenbildung zu reduzieren, wenn die Grundform des Teils nicht dehnbar ist und ohne Beeinträchtigung der Passform oder Funktion geändert werden könnte. Eine erfolgreiche Dehnung kann durch den Einsatz von Zugsicken, Zugstangen und Änderungen in der Teil- und Kopfgeometrie erreicht werden.