Разгадка влияния зазора и скорости на качество штампованных деталей

1. Штамп для перфорации

Как показано на рис. 1, штамп, используемый в эксперименте по штамповке, имеет верхний ход пресс-формы 45 мм.

Когда процесс штамповки завершен, расстояние между дном верхней формы и верхней поверхностью нижней формы составляет 0,3 мм, как показано на рис. 2.

Такое расположение предотвращает слишком глубокое проникновение лезвия в нижнюю форму, тем самым предотвращая чрезмерный износ верхней формы.

Материал, используемый в данном эксперименте, представляет собой медный сплав (см. рис. 3) толщиной 0,23 мм.

2. Условия эксперимента

В данном эксперименте использовались четыре различных зазора при штамповке: 0 мм, 0,01 мм, 0,02 мм и 0,03 мм, при двух скоростях штамповки 30 мм/с и 80 мм/с, что в общей сложности составляет восемь экспериментальных параметров.

Эксперимент проводился на прессовое оборудование специально разработанный для штамповки, и использовал цифровой микроскоп Keyence для наблюдения за формой заготовки после штамповки.

3. Экспериментальные результаты и обсуждение

На рисунке 4 сравниваются заусенцы на пробитых деталях, когда скорость пробивки составляет 30 мм/с, а зазоры при пробивке - 0 мм и 0,03 мм.

Из рисунка 4 видно, что при зазоре 0 мм поверхность пробитой детали очень гладкая, без заусенцев, в то время как при зазоре 0,03 мм на изломе остаются заусенцы шириной около 75 мкм.

Это может быть связано с тем, что кромка лезвия штампа округляется от износа, когда зазор слишком велик, что снижает концентрацию напряжения на кромке лезвия и приводит к появлению трещины дальше от кромки лезвия.

При увеличении скорости штамповки до 80 мм/с влияние различных зазоров на пробитые детали заметно отличается.

При зазоре 0 мм поперечное сечение пробитой детали остается без заусенцев, но кромка заготовки гораздо более цельная, чем при скорости 30 мм/с (см. рис. 5а), почти без потерь материала из-за сдвига. Поэтому качество поверхности лучше, чем при скорости 30 мм/с.

Напротив, при зазоре 0,03 мм заусенцы на пробитой детали заметно больше и шире, чем при скорости 30 мм/с, как показано на рис. 5b. Как и в случае с зазором 0 мм, край заготовки, полученный при зазоре 0,03 мм, также является достаточно полным.

На рисунках 6 и 7 представлены изображения поперечного сечения пробитых деталей, сформированных при двух различных скоростях пробивки и различных зазорах пробивки, увеличенные в 500 раз.

На рисунке 6 показано, что при зазоре в 0 мм на пробитой детали очень заметны блестящие и разрушенные зоны.

Кроме того, зона блеска шире, а зона разрушения более плоская. Это говорит о том, что при скорости штамповки 30 мм/с и зазоре 0 мм штампуемый материал проходит полный процесс пластической деформации сдвига и разрушения.

В случае зазора 0,03 мм не возникает ярко выраженных блестящих и разрушенных зон, но наблюдаются заметные разрушенные углы и постепенный процесс пластического течения.

Это показывает, что увеличение зазора неблагоприятно для быстрого разрушения материала. Слишком большой зазор при штамповке ослабляет деформацию сдвига материала и увеличивает пластическое течение, что существенно влияет на точность поперечного сечения штампованной детали.

С другой стороны, при увеличении скорости штамповки, как видно из рис. 7a, блестящая зона уменьшается, а зона разрушения увеличивается при зазоре 0 мм. Это указывает на то, что увеличение скорости штамповки ускоряет деформацию сдвига и процесс разрушения штампованного материала.

На рисунке 7b также показано, что даже при увеличении зазора в условиях высокоскоростной штамповки деформация сдвига и процесс разрушения пробитой детали остаются четкими и полными. Это показывает, что увеличение скорости штамповки благоприятно для обеспечения качества и точности поперечного сечения пробитой детали.

4. Заключение

Влияние зазора и скорости пробивки на качество поперечного сечения пробитой детали очевидно.

Для более тонких штампованных деталей из медных сплавов выбор меньшего зазора напрямую влияет на подавление образования заусенцев: меньшие зазоры приводят к быстрой деформации сдвига и процессам разрушения, в результате чего поверхность становится гладкой и без заусенцев.

Кроме того, увеличение скорости перфорации позволяет ускорить упругую и пластическую деформацию материала, контролируя пластическое течение и улучшая качество поверхности.