Выбор смазочного материала при операции глубокой вытяжки.

1. Описание технологии обработки  металла.

Глубокая вытяжка  — это универсальный и широко используемый процесс формовки металла, который является неотъемлемой частью производства различных деталей и компонентов во многих отраслях промышленности.  Данный технологический процесс преобразует плоский листовой металл в полые трехмерные формы посредством пластической деформации, необходим для производства изделий со сложной геометрией, жесткими допусками и гладкой отделкой.

Глубокая вытяжка  — это процесс формовки металла, который преобразует плоский листовой металл в полые, цилиндрические или коробчатые компоненты путем втягивания металла в полость штампа. Процесс основан на применении механической силы, которая растягивает и сжимает материал в окончательную форму. Глубокая вытяжка имеет важное значение в таких отраслях, как автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность, производство потребительских товаров и упаковка, где требуются сложные полые формы, позволяя производить сложные геометрические формы и бесшовные детали с равномерной толщиной стенок. Такие изделия, как  автомобильные кузовные панели, топливные баки, кухонные мойки и  банки для напитков, являются примерами компонентов, созданных с помощью глубокой вытяжки.

•          автомобилестроение:  для кузовных панелей, топливных баков и выхлопных систем.

•          авиакосмическая промышленность: для легких компонентов фюзеляжа и деталей двигателя.

•          потребительские товары: кухонные принадлежности, бытовая техника и электронные корпуса.

•          упаковка: Для металлических банок, аэрозольных баллончиков и фармацевтической упаковки.

•          медицинские приборы: для хирургических инструментов, имплантатов и медицинских корпусов.

•          электроника: для корпусов аккумуляторных батарей, разъемов и радиаторов.

•          оборонная промышленность: для деталей брони, корпусов оружия и деталей военной техники.


Рис. № 1 Изделия, полученные по технологии  глубокой  вытяжки

Глубокая вытяжка подразумевает размещение листовой металлической заготовки над фасонной матрицей и вдавливание металла в матрицу с помощью пуансона (Рис. №1). Полученная деталь может иметь цилиндрическую или коробчатую форму с прямыми или коническими сторонами или с комбинацией прямых, конических или изогнутых сторон.

Пуансон должен обеспечивать достаточное усилие, чтобы металл вытягивался через край отверстия штампа и мог течь в штамп. Листовая металлическая заготовка должна быть достаточно прочной и пластичной, чтобы не ломаться в областях, где металл течет с лицевой стороны пуансона к боковым сторонам пуансона.

Характерной чертой глубокой вытяжки является высокое давление — порядка 100 000 фунтов на квадратный дюйм (PSI), — задействованное в операции. Чтобы справиться с такой силой, выбор смазочного материала имеет решающее значение для успеха операции. При таком давлении смазочный материал для вытяжки должен:

1. Охлаждение штампа и заготовки
2. Обеспечить граничную смазку между штампом и заготовкой.
3. Не допускайте прилипания или сварки металла к металлу.

Рис. № 2.  При глубокой вытяжке заготовка из листового металла закрепляется, а затем вдавливается в фасонный штамп

Смазочные материалы для волочения, используемые при глубокой вытяжке, известны как граничные смазки. Поверхности инструмента и листового металла прижимаются друг к другу так плотно, что жидкость выдавливается и остается только очень тонкая адсорбированная пленка. Эта пленка образует «границу», предотвращая прямой контакт металла с металлом в условиях высокого давления и температуры, возникающих во время операции глубокой вытяжки. Правильная смазка предотвращает трение, которое вызывает нагрев и в конечном итоге может привести к разрушению смазки.

В зависимости от глубины конкретной вытяжки используются различные типы смазок. Как правило, эффективность смазки для глубокой вытяжки зависит от ее способности образовывать адсорбированную пленку достаточной прочности и маслянистости на поверхности металла, подвергаемого вытяжке. Смазка играет важную роль в  процессе глубокой вытяжки, поскольку она помогает снизить трение между заготовкой, пуансоном и матрицей. Правильная смазка обеспечивает плавный поток материала, минимизирует износ инструмента и снижает риск возникновения дефектов, таких как истирание, царапины на поверхности или истончение. Правильная  смазка  необходима для обеспечения плавного потока материала во время процесса глубокой вытяжки и предотвращения таких дефектов, как  истирание, царапины или  дефекты поверхности. Выбор смазки зависит от используемого материала и сложности вытягиваемой детали.

2. Типы применяемых смазочных материалов.

2.1. Смазки на основе минерального масла: смазки на масляной основе обычно используются в процессе глубокой вытяжки для снижения трения и предотвращения прилипания материала к матрице или пуансону. Эти смазки особенно эффективны при вытяжке таких материалов, как  сталь  и  нержавеющая сталь. Подходят для большинства стандартных операций глубокой вытяжки. Преимущества:  хорошие смазывающие свойства, доступная цена.

Недостатки:  могут оставлять следы на поверхности изделия.

2.2. Смазки на основе синтетического масла. Применение: Используются для сложных операций вытяжки, где требуется высокая точность и качество поверхности. Преимущества: Высокая стабильность, отличные смазывающие свойства, меньше следов на поверхности.

Недостатки: Более высокая стоимость по сравнению с минеральными маслами.

2.3. Эмульсии на водной основе. Смазки на водной основе обладают хорошими охлаждающими свойствами и используются в приложениях, где важно рассеивание тепла. Они обычно используются при волочении  алюминия  и других легких материалов. Применение: Подходят для операций, где требуется охлаждение и смазка одновременно. Преимущества: хорошее охлаждение, снижение трения.

Недостатки: Могут требовать специального оборудования для нанесения и контроля концентрации.

2.4. Сухие пленочные смазки. Сухие пленочные смазки, такие как  графит  или  дисульфид молибдена обеспечивают твердый, не липкий слой, который снижает трение без необходимости жидкой смазки. Эти смазки часто используются в операциях глубокой вытяжки, где чистота или качество поверхности имеют решающее значение.

2.5. Специальные пасты. Применение: используются для сложных операций вытяжки, особенно с материалами, склонными к образованию трещин. Преимущества: Обеспечивают высокую степень защиты поверхности и снижают риск повреждения. Недостатки: Могут быть более сложными в нанесении и удалении.

2.6. Полимерные смазки. Применение: Используются для операций, где требуется минимальное количество смазки и высокая точность. Преимущества: оставляют минимальные следы на поверхности, подходят для тонких материалов. Недостатки: могут быть менее эффективны при высоких нагрузках.

3. Критерии  и условия выбора смазочного  материала.

3.1.  Материал заготовки: Для стали, алюминия, нержавеющей стали и других материалов могут потребоваться разные типы масел.

3.2. Сложность операции: Для сложных форм и глубокой вытяжки лучше использовать синтетические масла или специальные пасты.

3.3.  Требования к качеству поверхности: Если важно минимизировать следы на поверхности, выбирайте  быстроиспаряемые синтетические масла.

3.4.  Условия процесса: Учитывайте температуру, скорость процесса и оборудование.

Смазочный состав может использоваться в виде пасты или жидкости после разбавления водой в зависимости от требуемой концентрации и сложности операции волочения.

3.5. Типы нанесения:

Методы нанесения смазки включают:

- Ручное нанесение  смазки квачем или кистью при небольших объемах работ смазку может наносить вручную оператор перед каждым циклом волочения.

- Автоматические системы смазки: В крупносерийном производстве автоматические системы смазки используются для обеспечения равномерного нанесения смазки. Эти системы можно запрограммировать на нанесение нужного количества смазки в определенных точках процесса волочения, что снижает отходы и повышает эффективность.

- Погружение, во время которого инструменты и металлические листы пропитываются смазкой.

Рис. № 3 дефекты при вытяжке

4. Типичные дефекты при глубокой вытяжке:

При глубокой вытяжке поддержание точного  контроля давления  имеет решающее значение для обеспечения плавной и равномерной деформации материала без разрывов и складок.  Гидравлические прессы  превосходны в контроле давления, поскольку они позволяют выполнять точную регулировку на протяжении всего процесса вытяжки, гарантируя, что на каждом этапе применяется правильное количество силы. Неравномерное давление во время глубокой вытяжки может привести к таким дефектам, как:

• Образование складок: происходит, когда усилие держателя заготовки слишком мало, что приводит к сгибанию или короблению излишков материала при его протягивании в матрицу. Использование соответствующего количества смазки снижает трение и облегчает подачу материала в матрицу, предотвращая скопление материала, которое может привести к образованию складок.

• Трещины и разрывы: происходит, когда сила удара слишком велика или прикладывается слишком быстро, что приводит к чрезмерному растяжению материала и появлению трещин. Смазка и контроль трения: адекватная смазка снижает трение между инструментом и листом, предотвращая локальные концентрации напряжений, которые могут привести к трещинам. Правильный контроль трения помогает более равномерно распределить силы формования по всему листу.

• Истончение: возникает из-за неравномерного распределения силы, в результате чего отдельные участки материала становятся слишком тонкими, что ослабляет деталь.

Рис. № 4  Гидравлический пресс для операции штамповки

Характеристики параметров металла, влияющие на качество процесса обработки:

-предел текучести: материалы с более низким пределом текучести, такие как  алюминий  или  низкоуглеродистая сталь, требуют меньшего усилия удара для деформации. Гидравлические прессы могут регулировать силу, чтобы предотвратить перенапряжение этих материалов.

-пластичность: пластичные материалы могут подвергаться значительной пластической деформации перед разрушением, что делает их идеальными для глубокой вытяжки.

-упрочнение деформацией: некоторые материалы становятся прочнее при деформации, явление, известное как  упрочнение деформацией. Гидравлические прессы могут регулировать силу во время процесса вытяжки, чтобы учесть это изменение прочности материала.

5. Решения Petrofer для  процесса вытяжки и штамповки металла.

Компания Petrofer предлагает широкую линейку смазочных материалов для операция по обработки металла давлением. Перечень смазочных материалов ISOFORM  включает как минеральные, так и синтетические продукты для обработки углеродистых сталей, легированных и жаропрочных сплавов, титана и цветных металлов – алюминия, меди и их сплавов. Серия ISOFORM TD содержит дополнительные  присадки связанного хлора, исключительно эффективно снижающие трение между пуансоном и матрицей. Кинематическая вязкость при +40С составляет от 40 до 1500 сСт,  что  позволяет подобрать и эффективно  применить данный материал практически на всех операциях вытяжки и штамповки металла.

Основные преимущества данного материала:

·      подходит для широкого спектра металлов и процессов

·      состав с низким запахом и высокой температурой вспышки, для комфортных условий работы оператора

·      отличные результаты даже при работе со сложными структурами заготовок

·      увеличение срока службы инструмента и повышение качества обработки поверхности

·      легко удаляется после обработки

 

ISOFORM TD 50 обладает выдающимися несущими свойствами, благодаря очень высоким EP-свойствам и высокой вязкости масла. ISOFORM TD 50 особенно подходит для операций штамповки, глубокой вытяжки материалов различной толщины. Кроме того, она доказала свою эффективность при сложном формовании хромоникелевых сталей при операции вытяжки труб. Благодаря высокому содержанию присадок увеличивается срок службы и качество поверхности, особенно для легированных марок стали. Остатки продукта можно удалить с помощью обычных промышленных чистящих средств. Рекомендуется использовать средства из серии FEROCLEAN A.

Технические специалисты нашей компании  готовы провести  грамотный  подбор  смазочного материала в зависимости от ваших требований и условий технологического процесса обработки и предложить смазочные материалы Petrofer, которые позволят вам снизить количество брака и увеличить срок службы дорогостоящего инструмента, повысить качество и скорость  обработки  изделий.

ООО «Аллея Групп»
февраль 2025г.
автор Науменко М.