Tłoczenie

Tłoczenie to proces technologiczny polegający na trwałym kształtowaniu cienkiej blachy poprzez działanie siły za pomocą narzędzi takich jak stempel i matryca. Proces ten należy do grupy obróbki plastycznej metali i jest szeroko stosowany w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym oraz produkcji elementów codziennego użytku.

Dzięki tłoczeniu możliwe jest uzyskiwanie skomplikowanych kształtów cienkościennych przy zachowaniu wysokiej wydajności produkcji.

Na czym polega tłoczenie?

Podczas tłoczenia cienka blacha zostaje poddana działaniu nacisku, który powoduje jej trwałe odkształcenie plastyczne. Materiał zmienia swój kształt bez utraty spójności.

Proces wykorzystuje:

• plastyczność materiału,
• zdolność blachy do zginania,
• odporność na pękanie podczas deformacji.

Najczęściej stosowane narzędzia to:

• stempel,
• matryca,
• dociskacz blachy.

Zastosowanie tłoczenia

Tłoczenie stosowane jest do produkcji:

• elementów karoserii samochodowych,
• obudów urządzeń,
• puszek,
• elementów AGD,
• komponentów lotniczych,
• cienkościennych części metalowych.

Proces ten umożliwia seryjną produkcję elementów o dużej dokładności geometrycznej.

Sprężynowanie blachy podczas tłoczenia

Jednym z najważniejszych zjawisk występujących podczas tłoczenia jest sprężynowanie (springback).

Po usunięciu nacisku część odkształcenia sprężystego zanika, przez co blacha częściowo wraca do pierwotnego kształtu. Powoduje to odchylenia od oczekiwanej geometrii końcowej.

Wielkość sprężynowania zależy między innymi od:

• rodzaju materiału,
• grubości blachy,
• promieni gięcia,
• poziomu odkształcenia plastycznego,
• właściwości sprężystych materiału.

Znaczenie sprężynowania

Efekt sprężynowania musi być uwzględniony podczas projektowania narzędzi tłoczących.

W praktyce oznacza to, że:

• geometria stempla i matrycy jest celowo modyfikowana,
• narzędzie projektuje się z kompensacją przewidywanego odkształcenia sprężystego.

Bez uwzględnienia tego efektu gotowy element może nie spełniać wymagań wymiarowych.

Tłoczenie w analizie MES

Metoda elementów skończonych (MES) jest obecnie podstawowym narzędziem wykorzystywanym do symulacji procesów tłoczenia.

Analiza MES pozwala przewidzieć:

• rozkład naprężeń,
• odkształcenia plastyczne,
• możliwość pęknięcia materiału,
• marszczenie blachy,
• efekt sprężynowania,
• siły tłoczenia.

Zalety symulacji MES tłoczenia

Wykorzystanie MES pozwala:

• ograniczyć liczbę kosztownych prób technologicznych,
• skrócić czas projektowania narzędzi,
• zoptymalizować geometrię tłocznika,
• przewidywać defekty procesu,
• poprawić jakość gotowych elementów.

Analiza nieliniowa procesu tłoczenia

Symulacja tłoczenia jest zagadnieniem silnie nieliniowym, ponieważ uwzględnia:

• duże odkształcenia,
• kontakt między blachą a narzędziami,
• plastyczność materiału,
• tarcie,
• zmieniającą się geometrię.

Z tego względu analiza wymaga zaawansowanych solverów nieliniowych.

Oprogramowanie stosowane do symulacji tłoczenia

Do analiz tłoczenia wykorzystuje się między innymi:

• LS-DYNA,
• AutoForm,
• Pam-Stamp,
• Abaqus,
• Simufact Forming.