Metallin muotoilutekniikka
Levyteräksen yleiskatsaus
Levyllisen metallin valmistus:
Levyteräksen valmistus on kattava kylmämuokkausprosessi ohuille metallilevyille (yleensä alle 6 mm paksuille), johon kuuluvat leikkaus, reikätyö, taivutus, hitsaus, nivelaus, muottimuovaus ja pinnankäsittely. Sen merkittävin ominaisuus on se, että saman osan paksuus on yhtenäinen.
Levyteräksen valmistusmenetelmät:
1. Muottiton valmistus: Tässä prosessissa käytetään levytelineiden käsittelyyn esimerkiksi CNC-reikäkoneita, laserleikkureita, leikkuukoneita, taivutuskoneita ja niveltämis koneita. Sitä käytetään yleensä näytteiden valmistukseen tai pieniin eriin, ja sen kustannukset ovat korkeammat.
2. Muottopohjainen valmistus: Tässä prosessissa käytetään kiinteitä muotteja levytelineiden käsittelyyn. Yleisiä muotteja ovat esimerkiksi leikkuumuotit ja muovausmuotit. Sitä käytetään pääasiassa sarjavalmistukseen, ja sen kustannukset ovat alhaisemmat.
Levytelineiden käsittelymenetelmät:
1. Muottiton käsittely: Tässä prosessissa käytetään levytelineiden käsittelyyn esimerkiksi CNC-reikäkoneita, laserleikkureita, leikkuukoneita, taivutuskoneita ja niveltämis koneita. Sitä käytetään yleensä näytteiden valmistukseen tai pieniin eriin, ja se on suhteellisen kallista.
2. Muottipohjainen käsittely: Tässä prosessissa käytetään kiinteitä muotteja levytelineiden käsittelyyn. Tyypillisesti nämä muotit ovat esimerkiksi leikkuumuotteja ja muovausmuotteja. Sitä käytetään pääasiassa sarjavalmistukseen, ja se on suhteellisen edullista.
Levytelineiden käsittelyprosessi
Leikkaus: CNC-pistopuristus, laserleikkaus, leikkuukone; Muotoilu – taivutus, venytys, pistäminen: taivutuskone, pistopuristin jne.
Muut käsittelyt: rivetointi, kierreporaus jne.
Hitsaus
Pinnankäsittely: jauhepinnoitus, sähkökromaus, langanvedo, ruututulostus jne.
Levyteräksen valmistusprosessit – leikkaus
Levyteräksen leikkausmenetelmiä ovat pääasiassa CNC-pistopuristus, laserleikkaus, leikkuukoneet ja muottileikkaus. Tällä hetkellä CNC-pistopuristus on yleisimmin käytetty menetelmä. Laserleikkausta käytetään pääasiassa prototyyppivaiheessa, mutta sen käsittelykustannukset ovat korkeat. Muottileikkausta käytetään pääasiassa sarjatuotannossa.
Alla esittelemme pääasiassa levyteräksen leikkausta CNC-pistopuristuksella.
CNC-pistopuristus, jota kutsutaan myös tornipistopuristukseksi, soveltuu leikkaukseen, reikien pistamiseen, reikien vetämiseen ja ripsumien lisäämiseen jne. Sen käsittelytarkkuus voi olla ±0,1 mm. CNC-pistopuristuksella käsiteltävän levyteräksen paksuus on:
Kylmävalssattu levy, kuumavalssattu levy < 3,0 mm;
Alumiinilevy < 4,0 mm;
Ruuvisuojattu teräslevy < 2,0 mm.
1. Poraukselle on olemassa vähimmäiskokovaatimukset. Vähimmäisporauskoko riippuu reiän muodosta, materiaalin mekaanisista ominaisuuksista ja materiaalin paksuudesta. (Katso alla oleva kuva)
2. CNC-porauksessa reikien välimatka ja etäisyys reunasta. Porausreiän reunan ja osan ulkomuodon välinen pienin etäisyys on rajoitettu tietyin ehdoin osan ja reiän muodon mukaan. Kun porausreiän reuna ei ole yhdensuuntainen osan ulkoreunan kanssa, tämän pienimmän etäisyyden tulee olla vähintään materiaalin paksuus t; kun ne ovat yhdensuuntaisia, etäisyyden tulee olla vähintään 1,5t. (Katso alla oleva kuva)
3. Kun piirretään reikiä, piirrettyjen reikien ja reunan välinen pienin etäisyys on 3T, kahden piirretyn reiän välinen pienin etäisyys on 6T, ja piirretyn reiän ja taivutusreunan (sisäpuolen) välinen pienin turvallinen etäisyys on 3T + R (T on levytelineen paksuus, R on taivutussäde).
4. Kun porataan reikiä muovattuihin, taivutettuihin ja syvänmuovattuihin osiin, on säilytettävä tietty etäisyys reiän seinämän ja suoran seinämän välillä. (Katso alla oleva kaavio)
Levyteräksen käsittelytekniikka – muovaus
Levyteräksen muovauksessa käytetään pääasiassa taivutusta ja venytystä.
1. Levyteräksen taivutus
1.1. Levyteräksen taivutukseen käytetään pääasiassa taivutuskoneita.
Taivutuskoneen käsittelytarkkuus:
Ensimmäinen taivutus: ±0,1 mm
Toinen taivutus: ±0,2 mm
Kaksi tai useampi taivutus: ±0,3 mm
1.2. Taivutusjärjestyksen periaatteet: Taivutus sisältä ulospäin, pienistä suuriin, erityismuotojen taivuttaminen ensin ja yleismuotojen taivuttaminen sen jälkeen, varmistaen, että edellinen prosessi ei vaikuta tai häiritse seuraavia prosesseja.
1.3. Yleisimmät taivutustyökalujen muodot:
1.4. Taivutettavien osien pienin taivutussäde: Kun materiaalia taivutetaan, ulkokerros venyy ja sisäkerros puristuu kaarevuusalueella. Kun materiaalin paksuus on vakio, sitä pienempi on sisäsäde (r), sitä voimakkaampaa venymä ja puristuma ovat. Kun vetovoima ulommassa kaarevuusalueessa ylittää materiaalin murtolujuuden, syntyvät halkeamat ja rikkoutuminen. Siksi taivutettavien osien rakennemuotoilun tulisi välttää liian pieniä taivutuskaarevuussäteitä. Seuraavassa taulukossa esitetään yrityksessä yleisesti käytettyjen materiaalien pienimmät taivutussäteet.
Taivutettavien osien pienimmän taivutussäteen taulukko:
1.5. Taivutettavien osien suoran reunan korkeus yleensä, suoran reunan vähimmäiskorkeus ei saa olla liian pieni. Vähimmäiskorkeusvaatimus: h > 2t
Jos taivutetun osan suoran reunan korkeus h < 2t on kasvatettava, korkeutta on ensin lisättävä, sitten suoritettava taivutus ja lopuksi käsiteltävä osa vaadittuun kokoon taivutuksen jälkeen; tai taivutusmuodonmuutoksen vyöhykkeelle on tehtävä pinnallisempi ura ennen taivutusta.
1.6. Kulmassa olevan suoran reunan korkeus: Kun taivutettulla osalla on kulmassa oleva reuna, reunan vähimmäiskorkeus on: h = (2–4)t > 3 mm
1.7. Reikien etäisyys taivutettavissa osissa: Reikien etäisyys: Poraamisen jälkeen reikä tulee sijaita taivutusmuodonmuutoksen ulkopuolella, jotta reikä ei muovautuisi taivutuksen aikana. Etäisyys reiän seinämästä taivutusreunaan on esitetty alla olevassa taulukossa.
1.8. Paikallisesti taivutettavissa osissa taivutusviiva tulisi välttää paikoissa, joissa tapahtuu äkillisiä mittojen muutoksia. Kun taivutetaan osaa reunasta osittain, jännityskeskittymän ja halkeamien estämiseksi terävissä kulmissa taivutusviiva voidaan siirtää tietty etäisyys äkillisestä mitanmuutoksesta (kuva a), tai voidaan tehdä prosessiurakka (kuva b), tai voidaan porata prosessireikä (kuva c). Huomaa kuvissa esitetyt mitalliset vaatimukset: S > R, urakan leveys k ≥ t; urakan syvyys L > t + R + k/2.
1.9. Taivutetun reunan vinokärkinen reuna tulisi välttää muodonmuutoksen vyöhykkeeltä.
1.10. Kuolleen reunan suunnittelua koskevat vaatimukset: Kuolleen reunan pituus riippuu materiaalin paksuudesta. Kuvassa alla esitetyn mukaisesti vähimmäiskuolleen reunan pituus L > 3,5t + R. Tässä t on materiaalin seinämän paksuus ja R on edellisen prosessin pienin sisäinen taivutussäde (kuvassa oikealla puolella).
1.11. Lisäprosessin sijoitusreiät: Tyhjän sijainnin tarkkaa asettamista muottiin ja tyhjän siirtymisen estämistä taivutuksen aikana, mikä johtaisi viallisia tuotteita, varten prosessin sijoitukseen liittyvät reiät tulisi lisätä etukäteen suunnitteluvaiheessa, kuten alla olevasta kuvasta näkyy. Erityisesti useita kertoja taivutettavien osien tapauksessa prosessireiät on käytettävä sijoitustukipisteinä kertymävirheiden vähentämiseksi ja tuotelaatujen varmistamiseksi.
1.12. Eri mitat johtavat erilaiseen valmistettavuuteen:
Kuten yllä olevasta kaaviosta näkyy, a) reiän punchaaminen ensin ja sen jälkeen taivutus tekee L-mitan tarkkuuden varmistamisesta helpompaa ja helpottaa käsittelyä. b) ja c) jos L-mitan tarkkuus vaaditaan korkeaa, taivutus on suoritettava ensin ja vasta sen jälkeen reikä koneistetaan, mikä on monimutkaisempaa.
1.13. Taivutettavien osien kimmoisuus: Monet tekijät vaikuttavat kimmoisuuteen, mukaan lukien materiaalin mekaaniset ominaisuudet, seinämän paksuus, taivutussäde ja taivutuksen aikana vaikutuva normaalipaine.
Mitä suurempi on taivutetun osan sisäkulman säteen suhde levyyn, sitä suurempi on takaisinpyöriminen.
Kovettavien ripsumien painaminen taivutusalueelle parantaa ei ainoastaan työkappaleen jäykkyyttä, vaan auttaa myös hillitsemään takaisinpyörimistä.
2. Levymetallin vetäminen
Levymetallin vetäminen toteutetaan pääasiassa CNC-pistopuristuksella tai perinteisellä pistopuristuksella, johon tarvitaan erilaisia vetopuristuspäitä tai muottikappaleita.
Vetokappaleen muoto tulisi olla mahdollisimman yksinkertainen ja symmetrinen, ja sen tulisi voida valmistaa yhdellä vetämisoperaatiolla aina kun mahdollista.
Monivaiheisissa vetämisoperaatioissa sallittuja ovat vetämisprosessin aikana kappaleen pinnalle muodostuvat merkit.
Vaikka asennusvaatimukset täyttyvät, vetokappaleen sivuseinille tulisi sallia tietty kaltevuus.
2.1. Venytetyn osan pohjan ja suoran seinän välisten pyöristyskulmien sädevaatimukset:
Kuvassa esitetyn mukaisesti venytetyn osan pohjan ja suoran seinän välinen pyöristys säde tulisi olla suurempi kuin levyn paksuus, eli r > t. Venytysprosessin sujuvamman suorittamisen varmistamiseksi r1:lle annetaan yleensä arvo (3–5)t, ja suurin sallittu pyöristyssäde ei saa ylittää kahdeksankertaa levyn paksuutta, eli r1 ≤ 8t.
2.2. Pyöristyssäde liitoksen reunan ja venytetyn osan seinän välillä:
Kuvassa esitetyn mukaisesti liitoksen reunan ja venytetyn osan seinän välinen pyöristyssäde tulisi olla suurempi kuin kaksinkertainen levyn paksuus, eli r2 > 2t. Venytysprosessin sujuvamman suorittamisen varmistamiseksi r2:lle annetaan yleensä arvo (5–10)t. Suurin sallittu reunapyöristyssäde ei saa ylittää kahdeksankertaa levyn paksuutta, eli r2 ≤ 8t.
2.3. Pyöristyssäde liitoksen reunan ja venytetyn osan seinän välillä: Kuvassa esitetyn mukaisesti liitosreunan ja venytysosan seinämän välinen pyöristyssäde tulisi olla suurempi kuin kaksi levyyn käytetyn materiaalin paksuutta, eli r2 > 2t. Venytysprosessin sujuvamman kulun varmistamiseksi r2:n arvoksi valitaan yleensä (5–10)t. Suurin sallittu liitosreunan säde tulisi olla pienempi tai yhtä suuri kuin kahdeksan kertaa levyyn käytetyn materiaalin paksuus, eli r2 < 8t.
2.4. Pyöreiden venytettyjen osien sisäkammion halkaisija: Kuvassa esitetyn mukaisesti pyöreiden venytettyjen osien sisäkammion halkaisijan tulisi olla D > d + 10t, jotta painolevy ei rippley venytyksen aikana.
2.5. Suorakulmaisen venytysosan vierekkäisten seinämien välinen pyöristyssäde: Kuvassa esitetyn mukaisesti suorakulmaisen venytysosan vierekkäisten seinämien välinen pyöristyssäde tulisi olla r3 > 3t. Venytysoperaatioiden lukumäärän vähentämiseksi r3:n tulisi olla mahdollisimman suuri kuin H/5, jotta osa voidaan venyttää yhdellä kerralla.
2.6. Kun muodostetaan ympyränmuotoinen reunoiton vetoputki yhdessä vaiheessa, sen korkeuden ja halkaisijan välinen mittasuhteellinen suhde täytyy täyttää seuraavat vaatimukset:
Kuvassa esitetyn mukaisesti, kun muodostetaan ympyränmuotoinen reunoiton vetoputki yhdessä vaiheessa, korkeuden H ja halkaisijan d suhteen tulee olla pienempi tai yhtä suuri kuin 0,4, eli H/d ≤ 0,4.
2.7. Venytettyjen komponenttien paksuuden vaihtelu: Eri kohdissa vaikuttelevien jännitystasojen vuoksi venytetyn komponentin materiaalin paksuus muuttuu venytyksen jälkeen. Yleensä pohjan keskikohta säilyttää alkuperäisen paksuutensa, materiaali ohenee pohjan kaarevissa kulmissa, materiaali paksuuntuu yläosan reunan läheisyydessä ja materiaali paksuuntuu suorakulmaisten venytettyjen komponenttien kaarevissa kulmissa. Kun suunnitellaan venytettyjä tuotteita, tuotteen piirustuksessa on ilmoitettava selvästi, onko varmistettava ulkomitat vai sisämitat; molempia ulko- ja sisämittoja ei saa määrittää samanaikaisesti.
3. Muu levytelineen muotoilu:
Vahvistusripukset – Ripukset painetaan levytelineosien pinnalle rakenteellisen jäykkyyden parantamiseksi.
Ilmanvaihtoaukot – Ilmanvaihtoaukoilla varustettuja kotelointirakenteita käytetään yleisesti erilaisten laitteiden ilmanvaihtoon ja lämmön poistoon.
Reiän reunan nosto (reiän vetäminen) – Käytetään kierrekierteiden valmistukseen tai aukkojen jäykkyyden parantamiseen.
3.1. Vahvistusripukset:
Vahvistusripusrakenteen ja mittojen valinta
Painopisteen välimatkan ja painopisteen etäisyyden reunasta rajoittavat mitat
3.2. Venetsialaiset verhot:
Venetsialaisten verhojen muotoilumenetelmässä käytetään työkalun yhtä reunaa materiaalin leikkaamiseen, kun taas työkalun muu osa venyttää ja muovaa materiaalia samanaikaisesti, mikä muodostaa aaltoilevan rakenteen, jonka toinen puoli on avoin.
Tyypillinen venetsialaisten verhojen rakenne. Venetsialaisten verhojen kokovaatimukset: a > 4t; b > 6t; h < 5t; L > 24t; r > 0,5t.
3.3. Reikäkantaus (piirretty reikä):
Reikäkantauksia on monenlaisia, yleisin niistä on sisäisten reikien kantaus kierteitä varten.
Levyteräksen valmistusteknologia – hitsaus
Levyteräksen hitsattavan rakenteen suunnittelussa tulee noudattaa periaatetta: »hitsausnaumat ja hitsauspisteet tulee sijoittaa symmetrisesti, ja niiden yhteenkuuluminen, keskittyminen ja päällekkäisyys on vältettävä«. Toissijaiset hitsausnaumat ja hitsauspisteet voivat olla katkaistuja, kun taas päähitsausnaumat ja -pisteet tulee pitää yhtenäisinä. Levymetallityössä yleisimmin käytettyjä hitsausmenetelmiä ovat kaarihitsaus ja vastushitsaus.
1. Kaarihitsaus:
Levyteräksen osien välillä tulee olla riittävästi tilaa hitsausta varten. Suurin sallittu hitsausväli on 0,5–0,8 mm, ja hitsausnauma tulee olla tasainen ja tasainen.
2. Vastushitsaus
Hitsauspinnan tulee olla tasainen ja ilman rippeitä, takaisinpyrkivyyttä jne.
Vastuspistehitsausta koskevat mitat on esitetty alla olevassa taulukossa:
Vastuspistehitsausliitoksen välimatka
Käytännön sovelluksissa pienien osien hitsaamisessa alla olevaa taulukkoa voidaan käyttää viitearvona. Suurten osien hitsaamisessa liitoksen välimatkaa voidaan lisätä sopivasti, yleensä se ei saa olla alle 40–50 mm. Ei-kantaville osille liitoksen välimatkaa voidaan kasvattaa 70–80 mm:een.
Levyn paksuus t, tinasulatusliitoksen halkaisija d, pienin sallittu tinasulatusliitoksen halkaisija dmin, pienin etäisyys tinasulatusliitosten välillä e. Jos levyt ovat eri paksuisia, paksuus valitaan ohuimman levyn perusteella.
Vastus hitsaamisen levykerrosten lukumäärä ja paksuussuhde
Vastuspistehitsaus tapahtuu yleensä kahdesta levykerroksesta, enintään kolmesta kerroksesta. Jokaisen kerroksen paksuussuhde hitsausliitoksessa tulisi olla välillä 1/3–3.
Jos hitsausta varten vaaditaan kolme kerrosta, on ensin tarkistettava paksuussuhde. Jos suhde on järkevä, hitsausta voidaan jatkaa. Jos ei, on harkittava prosessireikien tai prosessileikkausten tekemistä, kahden kerroksen erillistä hitsausta sekä hitsauspisteiden siirtämistä toiselle tasolle.
Levyteräksen käsittelytekniikka – pinnankäsittely
Levyteräksen pinnankäsittelyllä on sekä korroosiosuojaa että koristeellista tehtävää. Yleisiä levyteräksen pinnankäsittelymenetelmiä ovat: jauhepinnoitus, sähkögalvanointi, kuumasinkitys, pinnanoksidaatio, pinnanharjaus ja ruudukkopainatus. Ennen pinnankäsittelyä levyteräksen pinnalta on poistettava öljy, ruoste, hitsausjätteet jne.
1. Jauhepinnoitus:
Levyteräksen pinnan pinnoituksessa käytetään kahta eri tyyppistä maalia: nestemäistä maalia ja jauhemaalia. Käytämme yleensä jauhemaalia. Jauhepinnoituksessa jauhemaa levitetään levyteräksen pinnalle esimerkiksi jauhesuihkutuksella, sähköstaattisella adsorptiolla ja korkeassa lämpötilassa tapahtuvalla paistamisella, mikä antaa pinnalle erivärisen maalikerroksen, parantaa ulkonäköä ja lisää materiaalin korroosionkestävyyttä. Se on yleisesti käytetty pinnankäsittelymenetelmä.
Huomautus: Eri valmistajien pinnoittamien levyjen välinen väriero voi olla jonkin verran huomattava. Siksi samalla laitteistolla tuotettujen samanväristen levyjen pinnoituksen tulisi mahdollisimman hyvin tehdä samalla valmistajalla.
2. Sähkögalvanointi ja kuumasulatetun sinkin upotusgalvanointi:
Levyteräksen pinnan galvanointi on yleinen pinnan korroosiosuojauksen menetelmä, joka parantaa myös ulkonäköä. Galvanointi voidaan jakaa sähkögalvanointiin ja kuumasulatettuun galvanointiin.
Sähkögalvanointi tuottaa kiiltävämmän ja tasaisemman pinnan, ja sinkkikerros on ohuempi, mikä tekee siitä yleisemmin käytetyn menetelmän.
Kuumasulatettu galvanointi tuottaa paksun sinkkikerroksen ja sinkki-rikastetun rauta-seoksen kerroksen, joka tarjoaa vahvemman korroosionsuojan kuin sähkögalvanointi.
3. Pintaanodointi:
Tässä osassa esitellään pääasiassa alumiinin ja alumiiniseosten pintaanodointia.
Alumiinin ja alumiiniseosten pinnan anodointi voi tuottaa eri värejä, mikä palvelee sekä suojaa että koristetta. Samalla muodostuu anodinen oksidikalvo materiaalin pinnalle. Tämä kalvo on kovaa ja kulumisvastustavaa sekä hyvä sähkö- ja lämmöneristäjä.
4. Pintahieronta:
Materiaali asetetaan hierontakoneen ylä- ja alarullien väliin. Rullat varustetaan kovamateriaalisilla hiertokangasbandeilla. Moottorin voimalla materiaali työnnetään läpi hiertokangasbandejen, jolloin materiaalin pinnalle muodostuu viivoja. Viivojen paksuus vaihtelee käytetyn hiertokangasbandin tyypin mukaan. Pääasiallinen tarkoitus on parantaa ulkonäköä. Tätä pintahierontakäsittelyä käytetään yleensä vain alumiinimateriaaleihin.
5. Ruututulostus:
Ruututulostus on prosessi, jossa erilaisia merkintöjä tulostetaan materiaalien pinnalle. Yleisesti käytetään kahta menetelmää: tasopintaruututulostusta ja tyyny-tulostusta. Tasopintaruututulostusta käytetään pääasiassa tasaisille pinnoille, mutta syvempiin koveruuksiin tarvitaan tyyny-tulostusta.
Ruututulostukseen tarvitaan ruututulostusmuotti.
Levyn taivutus vaatii kokemusta; katso, miten kokeneet ammattilaiset taivuttavat levyjä ja miksi he tekevät sen niin. Saadaksesi lisätietoja taivutuskoneista tai taivutusprosesseista, ota yhteyttä JUGAO CNC MACHINE -tiimiimme.
