Пресс-тормоз

Обзор листового металла

Производство листового металла:

Изготовление изделий из листового металла — это комплексный процесс холодной обработки тонких металлических листов (обычно толщиной менее 6 мм), включающий резку, пробивку, гибку, сварку, клёпку, штамповку и отделку поверхности. Его важнейшей особенностью является постоянство толщины одной и той же детали.

Методы изготовления изделий из листового металла:

1. Обработка без штампов: Этот процесс использует оборудование, такое как ЧПУ-пресс-ножницы, лазерные станки для резки, ножницы для резки листового металла, гибочные станки и заклёпочные станки, для обработки листового металла. Как правило, он применяется при изготовлении образцов или мелкосерийном производстве и характеризуется более высокой стоимостью.

2. Обработка с использованием штампов: Этот процесс использует стационарные штампы для обработки листового металла. Распространёнными типами штампов являются вырубные и формовочные штампы. В основном применяется при серийном производстве и характеризуется низкой стоимостью.

Методы обработки листового металла:

1. Обработка без использования штампов: Этот процесс использует оборудование, такое как ЧПУ-пресс-ножницы, лазерные станки для резки, ножницы для резки листового металла, гибочные станки и заклёпочные станки, для обработки листового металла. Обычно применяется при изготовлении образцов или мелкосерийном производстве и является относительно дорогостоящим.

2. Обработка с использованием штампов: Этот процесс использует стационарные штампы для обработки листового металла. К ним, как правило, относятся вырубные и формовочные штампы. В основном применяется при серийном производстве и является относительно недорогим.

Технологический процесс обработки листового металла

• Вырубка: ЧПУ-пробивка, лазерная резка, ножницы для резки листового металла; формовка — гибка, вытяжка, пробивка: гибочные прессы, штамповочные прессы и др.

• Другие виды обработки: клёпка, нарезание резьбы и др.

• Сварка

• Поверхностная обработка: порошковое покрытие, гальваническое покрытие, шлифование «под щётку», трафаретная печать и др.

Процессы изготовления изделий из листового металла — вырубка

Основные методы вырубки листового металла включают ЧПУ-пробивку, лазерную резку, ножницы для резки листового металла и вырубку с помощью штампов. В настоящее время наиболее распространённым методом является ЧПУ-пробивка. Лазерная резка применяется преимущественно на стадии изготовления прототипов, однако её себестоимость обработки высока. Вырубка с помощью штампов используется главным образом при серийном производстве.

Ниже мы подробно рассмотрим вырубку листового металла с применением ЧПУ-пробивки.

ЧПУ-пробивка, также известная как башенная пробивка, может использоваться для вырубки, пробивки отверстий, вытяжки отверстий и добавления рёбер жёсткости и др. Точность обработки при ЧПУ-пробивке составляет ±0,1 мм. Максимальная толщина листового металла, подлежащего обработке на станке ЧПУ-пробивки:

Холоднокатаный лист, горячекатаный лист — до 3,0 мм;

Алюминиевый лист — до 4,0 мм;

Лист из нержавеющей стали — до 2,0 мм.

1. Существуют минимальные требования к размерам отверстий при пробивке. Минимальный размер отверстия зависит от его формы, механических свойств материала и толщины материала. (См. рисунок ниже)

2. Расстояние между отверстиями и расстояние от края отверстия до контура детали при ЧПУ-пробивке. Минимальное расстояние между краем пробитого отверстия и внешним контуром детали ограничено и зависит от формы детали и отверстия. Если край пробитого отверстия не параллелен внешнему краю детали, то это минимальное расстояние не должно быть меньше толщины материала t; если же они параллельны, то оно не должно быть меньше 1,5t. (См. рисунок ниже)

3. При вытяжке отверстий минимальное расстояние между вытянутым отверстием и краем составляет 3T, минимальное расстояние между двумя вытянутыми отверстиями — 6T, а минимальное безопасное расстояние между вытянутым отверстием и кромкой изгиба (внутренней) — 3T + R (где T — толщина листового металла, R — радиус изгиба).

4. При пробивке отверстий в вытянутых, гнутых и глубоковытяжных деталях следует соблюдать определённое расстояние между стенкой отверстия и прямой стенкой. (См. схему ниже)

Технология обработки листового металла — формообразование

Формообразование листового металла осуществляется преимущественно путём гибки и растяжения.

1. Гибка листового металла

1.1. Для гибки листового металла в основном используются гибочные станки.

Точность обработки на гибочном станке:

Первая гибка: ±0,1 мм

Вторая гибка: ±0,2 мм

Более двух гибок: ±0,3 мм

1.2. Основные принципы последовательности гибки: Изгиб изнутри наружу, от малого к большому, сначала изгиб специальных форм, затем — стандартных форм, при этом необходимо обеспечить, чтобы предыдущий этап не влиял и не мешал последующим этапам.

1.3. Распространённые формы инструментов для гибки:

1.4. Минимальный радиус изгиба деталей: При изгибе материала внешний слой растягивается, а внутренний — сжимается в зоне скругления. При постоянной толщине материала чем меньше внутренний радиус (r), тем сильнее растяжение и сжатие. Если растягивающее напряжение во внешней зоне скругления превышает предел прочности материала, возникают трещины и разрывы. Поэтому при конструкторском проектировании изогнутых деталей следует избегать чрезмерно малых радиусов скругления изгиба. Минимальные радиусы изгиба для наиболее часто используемых в компании материалов приведены в таблице ниже.

Таблица минимальных радиусов изгиба для изогнутых деталей:

1.5. Обычно высота прямой кромки изогнутой детали: минимальная высота прямой кромки не должна быть слишком малой. Минимальное требование к высоте: h > 2t

Если высота прямой кромки h < 2t изогнутой детали недостаточна, её необходимо сначала увеличить: либо повысить высоту изгиба, а затем после изгиба обработать деталь до требуемых размеров; либо перед изгибом выполнить в зоне деформации изгиба мелкую канавку.

1.6. Высота прямой кромки с наклонной стороной: При наличии у изогнутой детали наклонной стороны минимальная высота этой стороны составляет: h = (2–4)t > 3 мм

1.7. Расстояние между отверстиями на изогнутых деталях: Расстояние между отверстиями: после пробивки отверстие должно располагаться за пределами зоны деформации изгиба, чтобы избежать его деформации при изгибе. Расстояние от стенки отверстия до кромки изгиба указано в таблице ниже.

1.8. Для деталей с локальным изгибом линия изгиба должна проходить вне зон резких изменений размеров. При частичном загибе участка кромки для предотвращения концентрации напряжений и образования трещин в острых углах линию изгиба можно сместить на определённое расстояние от резкого изменения размеров (рисунок а), либо выполнить технологическую канавку (рисунок б), либо пробить технологическое отверстие (рисунок в). Обратите внимание на размерные требования, указанные на рисунках: S > R; ширина канавки k ≥ t; глубина канавки L > t + R + k/2.

1.9. Фаска на загнутой кромке должна располагаться вне зоны деформации.

1.10. Конструкторские требования к «мертвой» кромке: длина «мертвой» кромки зависит от толщины материала. Как показано на рисунке ниже, минимальная длина «мертвой» кромки L > 3,5t + R, где t — толщина стенки материала, а R — минимальный внутренний радиус изгиба предыдущей операции (см. правую часть рисунка ниже).

1.11. Дополнительные технологические отверстия для позиционирования: Для обеспечения точного позиционирования заготовки в форме и предотвращения её смещения при гибке, что может привести к браку, технологические отверстия для позиционирования должны быть заранее предусмотрены на стадии проектирования, как показано на рисунке ниже. Особенно это важно для деталей, подвергающихся многократной гибке и формовке: технологические отверстия обязательно используются в качестве базы для позиционирования, чтобы минимизировать накопление погрешностей и гарантировать качество изделия.

1.12. Различные размеры обуславливают различную технологичность:

Как показано на приведённой выше схеме: а) сначала пробивается отверстие, а затем выполняется гибка — это позволяет проще обеспечить точность размера L и упрощает обработку; б) и в) при высоких требованиях к точности размера L сначала выполняется гибка, а затем — механическая обработка отверстия, что является более сложным процессом.

1.13. Упругое восстановление (отскок) при гибке деталей: На величину упругого восстановления влияет множество факторов, включая механические свойства материала, толщину стенки, радиус гибки и нормальное давление, прикладываемое в процессе гибки.

Чем больше отношение радиуса внутреннего угла к толщине листа изгибаемой детали, тем больше величина упругого восстановления.

Нанесение усилительных рёбер жёсткости в зоне изгиба не только повышает жёсткость заготовки, но и способствует подавлению упругого восстановления.

2. Вытяжка листового металла

Вытяжка листового металла осуществляется в основном с помощью ЧПУ-прессов или обычных штамповочных прессов с применением различных вытяжных пуансонов или матриц.

Форма вытягиваемой детали должна быть по возможности простой и симметричной, а сама вытяжка — выполняться за одну операцию.

Для деталей, требующих нескольких операций вытяжки, допустимы следы, которые могут образоваться на поверхности в процессе вытяжки.

При обеспечении требований к сборке допускается определённый угол наклона боковых стенок вытягиваемой детали.

2.1. Требования к радиусу скругления между дном вытягиваемой детали и прямой стенкой:

Как показано на рисунке, радиус скругления между дном вытянутой части и прямой стенкой должен быть больше толщины листа, т.е. r > t. Для обеспечения более плавного процесса вытяжки радиус r₁ обычно принимают равным (3–5)t, а максимальный радиус скругления не должен превышать 8-кратную толщину листа, т.е. r₁ ≤ 8t.

2.2. Радиус скругления между фланцем и стенкой вытянутой детали:

Как показано на рисунке, радиус скругления между фланцем и стенкой вытянутой детали должен быть больше удвоенной толщины листа, т.е. r₂ > 2t. Для обеспечения более плавного процесса вытяжки радиус r₂ обычно принимают равным (5–10)t. Максимальный радиус фланца не должен превышать 8-кратную толщину листа, т.е. r₂ ≤ 8t.

2.3. Радиус скругления между фланцем и стенкой вытянутой детали: Как показано на рисунке, радиус скругления между фланцем и стенкой вытяжной детали должен быть больше удвоенной толщины листа, то есть r2 > 2t. Для обеспечения более плавного процесса вытяжки обычно принимают r2 = (5–10)t. Максимальный радиус фланца должен быть меньше или равен восьмикратной толщине листа, то есть r2 < 8t.

2.4. Диаметр внутренней полости круглых вытяжных деталей: Как показано на рисунке, диаметр внутренней полости круглых вытяжных деталей должен составлять D > d + 10t, чтобы при вытяжке не возникало морщин на прижимной плите.

2.5. Радиус скругления между смежными стенками прямоугольной вытяжной детали: Как показано на рисунке, радиус скругления между смежными стенками прямоугольной вытяжной детали должен быть r3 > 3t. Чтобы сократить количество операций вытяжки, r3 по возможности следует сделать больше H/5, что позволит выполнить вытяжку за один проход.

2.6. При формовке круглой вытяжной детали без фланца за один переход соотношение между её высотой и диаметром должно удовлетворять следующим требованиям:

Как показано на рисунке, при формовке круглой вытяжной детали без фланца за один переход отношение высоты H к диаметру d должно быть меньше или равно 0,4, т.е. H/d ≤ 0,4.

2.7. Изменение толщины вытянутых деталей: Из-за различного уровня напряжений в разных зонах толщина материала в вытянутой детали после вытяжки изменяется. Как правило, в центре дна толщина остаётся неизменной, в округлённых углах дна материал утончается, вблизи фланца в верхней части материал утолщается, а в округлённых углах прямоугольных вытянутых деталей также наблюдается утолщение материала. При проектировании вытянутых изделий на чертеже изделия должны быть чётко указаны размеры, которые необходимо обеспечить — внешние или внутренние; одновременное указание как внешних, так и внутренних размеров недопустимо.

3. Другие операции формовки листового металла:

Ребра жесткости — ребра наносятся на детали из листового металла для повышения их конструктивной жесткости.

Жалюзи — жалюзи обычно применяются в различных корпусах и оболочках для обеспечения вентиляции и отвода тепла.

Фланцевание отверстий (вытяжка отверстий) — используется для нарезания резьбы или повышения жесткости отверстий.

3.1. Ребра жесткости:

Выбор конструкции и размеров ребер жесткости

Ограничения по расстоянию между пуансонами и расстоянию от края пуансона до края заготовки

3.2. Жалюзи типа «венецианские шторы»:

Метод формовки жалюзи типа «венецианские шторы» заключается в том, что одним краем пуансона материал разрезается, а остальная часть пуансона одновременно растягивает и деформирует материал, формируя волнообразную структуру с одной открытой стороной.

Типичная конструкция жалюзи типа «венецианские шторы». Требования к размерам жалюзи: a > 4t; b > 6t; h < 5t; L > 24t; r > 0,5t.

3.3. Фланцевание отверстий (вытяжка отверстий):

Существует множество типов фланцевания отверстий; наиболее распространённым является фланцевание внутренних отверстий под нарезку резьбы.

Технология изготовления изделий из листового металла — сварка

При проектировании сварных конструкций из листового металла следует соблюдать принцип «симметричного расположения сварных швов и точек сварки, исключения их схождения, скопления и перекрытия». Второстепенные сварные швы и точки сварки могут быть прерывистыми, тогда как основные сварные швы и точки сварки должны быть непрерывными. Наиболее распространёнными методами сварки при работе с листовым металлом являются дуговая сварка и контактная сварка.

1. Дуговая сварка:

Между деталями из листового металла должно быть обеспечено достаточное пространство для сварки. Максимальный зазор под сварку должен составлять 0,5–0,8 мм, а сварной шов — быть равномерным и ровным.

2. Контактная сварка

Поверхность, подлежащая сварке, должна быть ровной и не иметь морщин, пружинящего отскока и т. п.

Размеры для контактной точечной сварки приведены в таблице ниже:

Шаг контактных точек сварки

На практике при сварке небольших деталей данные в приведённой ниже таблице могут использоваться в качестве ориентира. При сварке крупных деталей расстояние между точками сварки может быть увеличено, как правило, не менее чем до 40–50 мм. Для несущих деталей расстояние между точками сварки может быть увеличено до 70–80 мм.

Толщина листа t, диаметр точки сварки d, минимальный диаметр точки сварки dmin, минимальное расстояние между точками сварки e. Если листы имеют разную толщину, толщину следует выбирать исходя из самого тонкого листа.

Количество слоёв листов и соотношение их толщин при контактной сварке

Контактная точечная сварка обычно выполняется для двух слоёв листов, максимально — для трёх слоёв. Соотношение толщин отдельных слоёв в сварном соединении должно находиться в пределах от 1/3 до 3.

Если для сварки требуется три слоя, сначала необходимо проверить соотношение их толщин. При допустимом соотношении сварку можно выполнять. В противном случае следует рассмотреть возможность изготовления технологических отверстий или технологических вырезов, отдельной сварки двух слоёв и смещения точек сварки.

Технология обработки листового металла — отделка поверхности

Отделка поверхности листового металла выполняет как антикоррозионные, так и декоративные функции. Распространённые методы отделки поверхности листового металла включают: порошковое покрытие, электролитическое цинкование, горячее цинкование, оксидирование поверхности, шлифовку поверхности и трафаретную печать. Перед отделкой поверхности с листового металла следует удалить масло, ржавчину, сварочные шлаки и другие загрязнения.

1. Порошковое покрытие:

Существует два типа покрытий для поверхностей листового металла: жидкие краски и порошковые краски. Чаще всего мы используем порошковые краски. С помощью таких методов, как напыление порошковой краски, электростатическая адсорбция и высокотемпературная термообработка, на поверхность листового металла наносится слой краски различных цветов, что улучшает её внешний вид и повышает коррозионную стойкость материала. Это один из наиболее распространённых методов отделки поверхности.

Примечание: между листами, нанесенными разными производителями, может наблюдаться некоторое различие в цвете. Поэтому листовой металл одного и того же цвета, произведенный на одном и том же оборудовании, рекомендуется покрывать одним и тем же производителем.

2. Электролитическое цинкование и горячее цинкование методом погружения в расплав («горячее цинкование»):

Цинкование поверхности листового металла — это распространённый способ поверхностной антикоррозионной обработки, а также улучшения внешнего вида. Цинкование подразделяется на электролитическое цинкование и горячее цинкование.

Электролитическое цинкование обеспечивает более яркий и гладкий внешний вид, а слой цинка при этом тоньше, поэтому данный метод применяется чаще.

Горячее цинкование формирует более толстый цинковый слой и создаёт цинк-железный сплавный слой, обеспечивающий более высокую коррозионную стойкость по сравнению с электролитическим цинкованием.

3. Анодирование поверхности:

В данном разделе основное внимание уделяется анодированию поверхности алюминия и алюминиевых сплавов.

Анодирование поверхности алюминия и алюминиевых сплавов позволяет получать различные цвета и выполняет как защитную, так и декоративную функцию. Одновременно на поверхности материала образуется анодная оксидная плёнка. Эта плёнка обладает высокой твёрдостью и износостойкостью, а также хорошими диэлектрическими и теплоизоляционными свойствами.

4. Шлифование поверхности:

Материал помещается между верхним и нижним роликами шлифовального станка. На ролики устанавливаются абразивные ленты. Под действием двигателя материал протягивается через абразивные ленты, в результате чего на его поверхности формируются линии. Толщина линий зависит от типа используемой абразивной ленты. Основная цель — улучшение внешнего вида. Данная обработка поверхности шлифованием, как правило, применяется только для алюминиевых материалов.

5. Трафаретная печать:

Трафаретная печать — это процесс нанесения различных маркировок на поверхность материалов. Существует два основных метода: плоская трафаретная печать и тампопечать. Плоская трафаретная печать применяется в основном для плоских поверхностей, тогда как для более глубоких углублений используется тампопечать.

Для трафаретной печати требуется трафаретная печатная форма.

Гибка листового металла требует опыта; наблюдайте, как опытные мастера гнут листы и почему они делают это именно так. Чтобы узнать больше о гибочных станках или процессах гибки, пожалуйста, свяжитесь с нашей командой JUGAO CNC MACHINE.