摩擦和潤(rùn)滑對(duì)沖壓工藝的影響

發(fā)布日期：2021-06-02 作者：點(diǎn)擊：

在沖壓過程中，板材始終與模具接觸。這種接觸不是靜態(tài)的，而是動(dòng)態(tài)的，因?yàn)榻饘侔逶谀＞弑砻?/span>上流動(dòng)，即在板材和模具之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)。即使板材和模具表面在沒有輔助視覺的情況下看起來很光滑，但是在顯微鏡下，它們顯示出復(fù)雜的形狀。

氣壓沖床

圖 1：粗糙度為 1.5μm 的無涂層低碳鋼板。

氣動(dòng)沖床

圖 2：粗糙度為0.4μm 的鑄鐵工具表面。

板材和工具表面具有粗糙度分布，這些分布是由一系列不同的高度、深度和間距的峰谷構(gòu)成，如圖 1 和圖 2所示。金屬板的粗糙度分布根據(jù)材料的類型，等級(jí)和涂層而不同，而工具的粗糙度分布將根據(jù)材料的類型和它們的加工方式而不同。

由于板材和工具表面的這些不規(guī)則性，因此存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的阻力。簡(jiǎn)單來說，這種對(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的阻力被稱為“摩擦”，這也是為什么在金屬板上施加潤(rùn)滑劑以降低其阻力并因此減小摩擦的原因。摩擦力與兩個(gè)運(yùn)動(dòng)物體的接觸力之間的比率由摩擦系數(shù)“μ”表示，其值取決于摩擦學(xué)系統(tǒng)本身和成型過程，例如板材的溫度、沖壓速度、接觸壓力和板材的應(yīng)變。

我們知道了摩擦力來自何處，以及為什么我們需要在沖壓前在板材上涂抹潤(rùn)滑劑。現(xiàn)在，我們將著重討論潤(rùn)滑量如何影響面板在成型過程中的質(zhì)量。通過下面的圖片大家可以更好地了解潤(rùn)滑效果。

使用TriboForm創(chuàng)建的摩擦模型在AutoForm中模擬下圖中顯示的所有面板。請(qǐng)注意，當(dāng)不使用摩擦模型時(shí)，使用恒定的摩擦系數(shù)“μ”運(yùn)行模擬。當(dāng)使用摩擦模型時(shí)，用戶可以在模擬面板時(shí)改變潤(rùn)滑量；并且根據(jù)面板對(duì)摩擦力的敏感程度，潤(rùn)滑量會(huì)對(duì)面板的質(zhì)量產(chǎn)生不同的影響。

沖床廠家

圖 3：潤(rùn)滑量太高

精密沖床

圖 4：潤(rùn)滑量太低。

氣動(dòng)沖床

圖 5：最佳潤(rùn)滑。

圖 3、4 和圖5 所示的板材使用相同的精確模擬設(shè)置進(jìn)行模擬，由于潤(rùn)滑劑量已經(jīng)發(fā)生改變，因此零件質(zhì)量不同。圖3 中所示的板材因?yàn)樵诶熘霸诎迳鲜┘恿烁邼?rùn)滑性，在拐角處有嚴(yán)重的起皺。

潤(rùn)滑量越高，運(yùn)動(dòng)阻力越低，即材料隨后以不受控制的方式在工具表面上自由運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生皺折。相反，當(dāng)施加在片材上的潤(rùn)滑量非常低時(shí)，運(yùn)動(dòng)阻力非常高。這種高阻力迫使金屬板拉伸超過所需的量，產(chǎn)生大量的減薄，并且在某些情況下，產(chǎn)生大量的裂紋，如圖4 所示。

因此，在拉動(dòng)面板時(shí)使用適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑量變得至關(guān)重要，找到所需的最佳潤(rùn)滑量同樣重要。圖5 顯示了正確使用潤(rùn)滑劑時(shí)沒有皺折和裂縫的板材。

就像任何其他制造工藝一樣，在板材上涂抹潤(rùn)滑劑會(huì)產(chǎn)生一些不一致性，如噪音。這意味著，如果用戶決定在板材上使用的潤(rùn)滑劑的量為1g/㎡，從而生產(chǎn)無缺陷面板，那么機(jī)器人每次在面板上噴灑精確數(shù)量的潤(rùn)滑劑的可能性是多少？例如，如果設(shè)備的精度為85％，則潤(rùn)滑劑的偏差將在0.85 - 1.15g/㎡，如果面板對(duì)摩擦非常敏感，則可能會(huì)出現(xiàn)一些問題。因此，找到潤(rùn)滑量的安全范圍并確保設(shè)備在給定范圍內(nèi)噴灑潤(rùn)滑劑至關(guān)重要。

找到面板中不會(huì)產(chǎn)生大量表面缺陷并且同時(shí)不顯示高稀釋值的潤(rùn)滑劑的“最佳量”取決于精確的仿真工具，例如使用帶有AutoForm的TriboForm插件。

在考慮 AHSS成型摩擦學(xué)系統(tǒng)時(shí)，有三個(gè)要點(diǎn)需要考慮，即：1）摩擦和摩擦學(xué)對(duì)回彈的影響；2）AHSS成型產(chǎn)生更高的溫度，這會(huì)再次影響摩擦行為；3）AHSS成型中使用不同的工具材料對(duì)成型和模擬中的摩擦行為產(chǎn)生新的影響。在成型模擬中應(yīng)考慮上述這三種現(xiàn)象，這只能通過使用先進(jìn)的摩擦模型來實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)然，AHSS在形成例如汽車部件時(shí)具有更多的回彈?；貜棔?huì)受到鈑金成型模擬中設(shè)定的摩擦行為的嚴(yán)重影響。這也是為什么你應(yīng)該對(duì)沖壓模擬中的摩擦行為進(jìn)行改進(jìn)的原因。反過來這也會(huì)產(chǎn)生更好的回彈預(yù)測(cè)。摩擦力決定了零件中的約束量，并且基于此，回彈行為受到影響。此外，重要的是要考慮在AHSS 成型時(shí)，通常會(huì)觀察到工具和板材之間較高的接觸壓力，這也是摩擦變得如此重要的原因，并且摩擦導(dǎo)致了材料中的溫度升高，這對(duì)低碳鋼而言，這種數(shù)量級(jí)是不會(huì)出現(xiàn)的。因此，適當(dāng)描述溫度變化以及對(duì)摩擦行為的影響對(duì)于模擬AHSS 的成型是非常關(guān)鍵的。

此外，AHSS成型材料需要使用工具鋼，這些工具鋼通常不在中等強(qiáng)度鋼上使用?，F(xiàn)在我們必須考慮由一定碳和鉻含量制成的更硬的工具產(chǎn)生摩擦學(xué)效應(yīng)，而不是考慮鑄鐵制成的工具。這種模具材料也會(huì)對(duì)摩擦學(xué)性能產(chǎn)生影響。這就是為什么在模擬設(shè)置期間，用戶必須考慮到這一點(diǎn)以及潤(rùn)滑劑選擇。一個(gè)好的摩擦模型應(yīng)該考慮到生成摩擦模型時(shí)的所有這些相互關(guān)系。

如果您在成型模擬中有一個(gè)先進(jìn)的摩擦模型，那么您需要在鈑金成型模擬中引入一個(gè)真實(shí)的摩擦學(xué)系統(tǒng)。然后，您將獲得更準(zhǔn)確的裂紋、起皺、減薄和回彈預(yù)測(cè)，這些預(yù)測(cè)都與您使用的摩擦模型相關(guān)聯(lián)。