Технологія виготовлення з листового металу
Огляд листового металу
Виготовлення листового металу:
Виготовлення виробів із листового металу — це комплексний процес холодної обробки тонких металевих листів (зазвичай товщиною менше 6 мм), що включає розрізання, пробивання, гнуття, зварювання, клепання, штампування та поверхневу обробку. Його важливою характеристикою є те, що товщина однієї й тієї самої деталі є постійною.
Методи виготовлення виробів із листового металу:
1. Виготовлення без використання штампів: Цей процес використовує обладнання, таке як ЧПУ-прес-пуншувальні верстати, лазерні різальні верстати, ножиці для різання листового металу, гнучні верстати та верстати для клепання, для обробки листового металу. Зазвичай його застосовують для виготовлення зразків або малих партій і він є більш витратним.
2. Виготовлення з використанням штампів: Цей процес використовує фіксовані штампи для обробки листового металу. Поширені типи штампів — це штампи для вирубки та штампи для формування. В основному його застосовують для масового виробництва, і він є менш витратним.
Методи обробки листового металу:
1. Обробка без використання форм: Цей процес використовує обладнання, таке як ЧПУ-прес-пуншувальні верстати, лазерні різальні верстати, ножиці для різання листового металу, гнучні верстати та верстати для клепання, для обробки листового металу. Зазвичай його застосовують для виготовлення зразків або малих партій, і він є порівняно дорогим.
2. Обробка з використанням форм: Цей процес використовує фіксовані форми для обробки листового металу. До них зазвичай належать форми для вирубки та форми для формування. В основному їх застосовують для масового виробництва, і вони є порівняно недорогими.
Технологічний процес обробки листового металу
Вирізання заготовок: ЧПК-пробивка, лазерне різання, ножиці для різання листового металу; Формування — згинання, розтягування, пробивка: згинна машина, пробивний прес тощо.
Інші операції обробки: клепання, нарізання різьби тощо.
Зварювання
Поверхнева обробка: порошкове фарбування, електролітичне покриття, витягування (матування), трафаретний друк тощо.
Процеси виготовлення виробів із листового металу — вирізання заготовок
Основні методи вирізання заготовок із листового металу включають ЧПК-пробивку, лазерне різання, ножиці для різання листового металу та вирізання за допомогою штампів. Наразі ЧПК-пробивка є найпоширенішим методом. Лазерне різання переважно використовується на етапі створення прототипів, однак його вартість обробки є високою. Вирізання за допомогою штампів переважно застосовується при масовому виробництві.
Нижче ми детально розглянемо процес вирізання заготовок із листового металу за допомогою ЧПК-пробивки.
ЧПК-пробивка, також відома як баштовий пробивний верстат, може використовуватися для вирізання заготовок, пробивки отворів, витягування отворів та нанесення ребер жорсткості тощо. Точність обробки становить ±0,1 мм. Максимальна товщина листового металу, яку можна обробляти за допомогою ЧПК-пробивки:
Холоднокатаний лист, гарячекатаний лист — до 3,0 мм;
Алюмінієвий лист — до 4,0 мм;
Лист із нержавіючої сталі — до 2,0 мм.
1. Існують мінімальні вимоги до розмірів пробивання. Мінімальний розмір пробивання залежить від форми отвору, механічних властивостей матеріалу та товщини матеріалу. (Див. нижче наведене зображення)
2. Відстань між отворами та відстань від отвору до краю деталі при пробиванні на ЧПУ-верстаті. Мінімальна відстань між краєм пробитого отвору та зовнішньою контурною лінією деталі обмежена певними вимогами, що залежать від форми деталі та отвору. Коли край пробитого отвору не паралельний зовнішньому краю деталі, ця мінімальна відстань не повинна бути меншою за товщину матеріалу t; якщо ж вони паралельні — не меншою за 1,5t. (Див. нижче наведене зображення)
3. При витягуванні отворів мінімальна відстань між витягнутим отвором та краєм деталі становить 3T, мінімальна відстань між двома витягнутими отворами — 6T, а мінімальна безпечна відстань між витягнутим отвором та краєм загину (внутрішнім) — 3T + R (де T — товщина листового металу, R — радіус загину).
4. Під час пробивання отворів у витягнутих, зігнутих і глибоко витягнутих деталях слід дотримуватися певної відстані між стінкою отвору та прямою стінкою. (Див. нижче наведену схему)
Технологія обробки листового металу — формування
Формування листового металу передусім включає згинання та розтягування.
1. Згинання листового металу
1.1. Згинання листового металу виконується переважно на згинних верстатах.
Точність обробки на згинному верстаті:
Перший згин: ±0,1 мм
Другий згин: ±0,2 мм
Більше двох згинів: ±0,3 мм
1.2. Основні принципи послідовності згинання: Згинання зсередини назовні, від меншого до більшого, спочатку згинання спеціальних форм, а потім — загальних форм, забезпечуючи, щоб попередній процес не впливав і не перешкодив наступним процесам.
1.3. Поширені форми інструментів для згинання:
1.4. Мінімальний радіус згину деталей: Під час згинання матеріалу зовнішній шар розтягується, а внутрішній — стискається у зоні заокруглення. За постійної товщини матеріалу чим менший внутрішній радіус (r), тим сильніше розтяг і стиск. Якщо розтягуюче напруження на зовнішньому заокругленні перевищує межу міцності матеріалу, виникають тріщини й розриви. Тому при конструюванні зігнутих деталей слід уникати надто малих радіусів заокруглення згину. У таблиці нижче наведено мінімальні радіуси згину для поширених матеріалів, що використовуються в компанії.
Таблиця мінімальних радіусів згину для зігнутих деталей:
1.5. Загалом висота прямолінійного краю зігнутих деталей, мінімальна висота прямої кромки не повинна бути надто малою. Мінімальна вимога до висоти: h > 2t
Якщо висота прямої кромки h < 2t зігнутої деталі потребує попереднього збільшення, то спочатку слід збільшити висоту згину, а потім обробити деталь до потрібних розмірів після згинання; або перед згинанням у зоні деформації згину слід обробити мілку канавку.
1.6. Висота прямої кромки з похилою стороною: Коли зігнута деталь має похилу сторону, мінімальна висота цієї сторони становить: h = (2–4)t > 3 мм
1.7. Відстань між отворами на зігнутих деталях: Відстань між отворами: після пробивання отвір повинен розташовуватися за межами зони деформації згину, щоб уникнути його деформації під час згинання. Відстань від стінки отвору до краю згину наведена в таблиці нижче.
1.8. Для локально зігнутих деталей лінія згину повинна уникати місць раптових змін розмірів. Під час часткового згинання ділянки краю, щоб запобігти концентрації напружень і утворенню тріщин у гострих кутах, лінію згину можна змістити на певну відстань від різкого змінення розмірів (рис. а), або виконати технологічний паз (рис. б), або пробити технологічний отвір (рис. в). Зверніть увагу на розмірні вимоги, наведені на рисунках: S > R; ширина паза k ≥ t; глибина паза L > t + R + k/2.
1.9. Фаска на згинутому краю повинна уникати зони деформації.
1.10. Конструктивні вимоги до «мертвих» країв: довжина «мертвого» краю залежить від товщини матеріалу. Як показано на наведеному нижче рисунку, мінімальна довжина «мертвого» краю L > 3,5t + R, де t — товщина стінки матеріалу, а R — мінімальний внутрішній радіус згину попереднього операційного етапу (як показано праворуч на наведеному нижче рисунку).
1.11. Додаткові технологічні отвори для позиціонування: Щоб забезпечити точне розташування заготовки в прес-формі та запобігти її зміщенню під час згинання, що призводить до бракованих виробів, на етапі проектування слід заздалегідь передбачити технологічні отвори для позиціонування, як показано на наведеному нижче рисунку. Зокрема, для деталей, які згинують і формують кілька разів, технологічні отвори обов’язково мають використовуватися як база для позиціонування, щоб зменшити накопичені похибки й забезпечити якість виробу.
1.12. Різні розміри призводять до різної технологічності:
Як показано на наведеному вище рисунку: а) спочатку пробивають отвір, а потім згинують — це спрощує забезпечення точності розміру L та полегшує обробку; б) і в) якщо потрібна висока точність розміру L, то спочатку необхідно виконати згинання, а вже потім — механічну обробку отвору, що є складнішим процесом.
1.13. Пружне відновлення після згинання деталей: На пружне відновлення впливає багато факторів, у тому числі механічні властивості матеріалу, товщина стінки, радіус згину та нормальний тиск під час згинання.
Чим більше співвідношення радіуса внутрішнього кута до товщини листового металу в зігнутій деталі, тим більше величина пружного відскоку.
Нанесення підсилюючих ребер у зоні згинання не лише покращує жорсткість заготовки, а й сприяє придушенню пружного відскоку.
2. Витягування листового металу
Витягування листового металу здійснюється переважно за допомогою ЧПУ-прес-пуншування або традиційного прес-пуншування і вимагає різноманітних витягувальних пуансонів або матриць.
Форма витягнутої деталі має бути якомога простішою та симетричною, а сам процес витягування — виконуватися за одну операцію, коли це можливо.
Для деталей, які потребують кількох операцій витягування, дозволяються сліди, що можуть утворитися на поверхні під час процесу витягування.
При забезпеченні виконання вимог до збирання слід дозволяти певний ступінь похилу бічних стінок витягнутої деталі.
2.1. Вимоги до радіуса заокруглення між дном витягнутої деталі та прямою стінкою:
Як показано на рисунку, радіус заокруглення між дном витягнутої частини та прямою стінкою має бути більшим за товщину листа, тобто r > t. Щоб процес витягування проходив плавніше, зазвичай приймають r₁ = (3–5)t, а максимальний радіус заокруглення не повинен перевищувати 8-кратну товщину листа, тобто r₁ ≤ 8t.
2.2. Радіус заокруглення між фланцем та стінкою витягнутої частини:
Як показано на рисунку, радіус заокруглення між фланцем та стінкою витягнутої частини має бути більшим за подвоєну товщину листa, тобто r₂ > 2t. Щоб процес витягування проходив плавніше, зазвичай приймають r₂ = (5–10)t. Максимальний радіус фланця не повинен перевищувати 8-кратну товщину листа, тобто r₂ ≤ 8t.
2.3. Радіус заокруглення між фланцем та стінкою витягнутої частини: Як показано на рисунку, радіус заокруглення між фланцем і стінкою витягнутої частини має бути більшим за подвоєну товщину листа, тобто r2 > 2t. Для забезпечення плавності процесу витягування зазвичай приймають r2 = (5–10)t. Максимальний радіус фланця має бути меншим або дорівнювати восьми товщинам листа, тобто r2 ≤ 8t.
2.4. Діаметр внутрішньої порожнини круглих витягнутих деталей: Як показано на рисунку, діаметр внутрішньої порожнини круглих витягнутих деталей має задовольняти умову D > d + 10t, щоб під час витягування прижимна плита не зморщувалася.
2.5. Радіус заокруглення між суміжними стінками прямокутної витягнутої деталі: Як показано на рисунку, радіус заокруглення між суміжними стінками прямокутної витягнутої деталі має задовольняти умову r3 > 3t. Щоб зменшити кількість операцій витягування, r3 слід максимально збільшити так, щоб r3 > H/5, що дозволить виконати витягування за одну операцію.
2.6. При формуванні круглої витягнутої деталі без фланця за один етап співвідношення між її висотою та діаметром має відповідати таким вимогам:
Як показано на рисунку, при формуванні круглої витягнутої деталі без фланця за один етап відношення висоти H до діаметра d має бути меншим або рівним 0,4, тобто H/d ≤ 0,4.
2.7. Зміна товщини витягнутих компонентів: Через різний рівень напружень у різних місцях товщина матеріалу у витягнутому компоненті змінюється після витягування. Зазвичай центр дна зберігає свою початкову товщину, матеріал стає тоншим у закруглених кутах дна, матеріал утовщується поблизу фланця у верхній частині, а також у закруглених кутах прямокутних витягнутих компонентів. Під час проектування витягнутих виробів на кресленні виробу слід чітко вказати, які розміри — зовнішні чи внутрішні — мають бути забезпечені; одночасне вказання як зовнішніх, так і внутрішніх розмірів не допускається.
3. Інші способи формування листового металу:
Підсилювальні ребра — Ребра вдавлюють у деталі з листового металу для підвищення їх структурної жорсткості.
Жалюзі — Жалюзі зазвичай використовують у різних корпусах або оболонках для вентиляції та відведення тепла.
Фланцювання отворів (витягування отворів) — Використовується для нарізання різьби або підвищення жорсткості отворів.
3.1. Підсилювальні ребра:
Вибір конструкції та розмірів підсилювальних ребер
Обмеження розмірів відстані між штампами та відстані від краю штампа до краю заготовки
3.2. Жалюзі типу «венеціанські»:
Метод формування венеціанських жалюзі полягає в тому, що одним краєм штампа розрізають матеріал, тоді як решта частини штампа одночасно розтягує та деформує матеріал, утворюючи хвилясту форму з відкритим боком.
Типова конструкція венеціанських жалюзі. Вимоги до розмірів венеціанських жалюзі: a > 4t; b > 6t; h < 5t; L > 24t; r > 0.5t.
3.3. Фланцювання отворів (протягування отворів):
Існує багато типів фланцювання отворів; найпоширенішим є фланцювання внутрішніх отворів під нарізання різьби.
Технологія виготовлення виробів із листового металу — зварювання
При проектуванні зварних конструкцій із листового металу слід дотримуватися принципу «симетричного розташування зварних швів і точок зварювання, уникнення їхнього збігання, концентрації та накладання». Додаткові зварні шви й точки зварювання можуть бути перерваними, тоді як основні зварні шви й точки зварювання мають бути неперервними. Серед поширених методів зварювання в роботі з листовим металом — дугове зварювання та зварювання опором.
1. Дугове зварювання:
Між деталями з листового металу має бути достатньо місця для зварювання. Максимальний зазор під зварювання має становити 0,5–0,8 мм, а зварний шов має бути рівномірним і плоским.
2. Зварювання опором
Поверхня зварювання має бути рівною й не мати зморшок, пружного відскоку тощо.
Розміри для точкового зварювання опором наведено в таблиці нижче:
Відстань між точками зварювання опором
На практиці під час зварювання невеликих деталей дані в наведеній нижче таблиці можна використовувати як орієнтир. Під час зварювання великих деталей відстань між зварними точками можна відповідно збільшити, загалом не менше 40–50 мм. Для несилових деталей відстань між зварними точками можна збільшити до 70–80 мм.
Товщина плити t, діаметр зварної точки d, мінімальний діаметр зварної точки dmin, мінімальна відстань між зварними точками e. Якщо плити мають різну товщину, товщину слід вибирати на основі найтоншої плити.
Кількість шарів плит при опорному зварюванні та співвідношення їх товщин
Зазвичай опорне точкове зварювання виконується для двох шарів плит, а максимально допустима кількість шарів — три. Співвідношення товщин окремих шарів у зварному з’єднанні має перебувати в межах від 1/3 до 3.
Якщо для зварювання потрібно три шари, спочатку слід перевірити співвідношення їх товщин. Якщо воно є обґрунтованим, можна приступати до зварювання. Якщо ні — розгляньте можливість створення технологічних отворів або технологічних вирізів, окремого зварювання двох шарів і зміщення точок зварювання.
Технологія обробки листового металу — поверхнева обробка
Поверхнева обробка листового металу виконує як антикорозійні, так і декоративні функції. Поширені методи поверхневої обробки листового металу включають: порошкове фарбування, електролітичне цинкування, гаряче цинкування зануренням, оксидування поверхні, шліфування поверхні (щіткування) та трафаретний друк. Перед поверхневою обробкою з поверхні листового металу слід видалити олива, іржу, шлак від зварювання тощо.
1. Порошкове фарбування:
Існує два типи покриття поверхні листового металу: рідкі фарби та порошкові фарби. Ми зазвичай використовуємо порошкові фарби. За допомогою таких методів, як нанесення порошкової фарби розпиленням, електростатичне прилипання та високотемпературне запікання, на поверхню листового металу наноситься шар фарби різних кольорів, що покращує його зовнішній вигляд і підвищує корозійну стійкість матеріалу. Це поширений метод поверхневої обробки.
Примітка: Може виникнути певна різниця в кольорі між листами, нанесеними різними виробниками. Тому листовий метал одного й того самого кольору, виготовлений на одному й тому самому обладнанні, слід, за можливості, покривати одним і тим самим виробником.
2. Електрогальванізація та гаряче цинкування зануренням у розплав:
Цинкування поверхні листового металу — це поширений спосіб поверхневої антикорозійної обробки, який також поліпшує зовнішній вигляд. Цинкування поділяють на електрогальванізацію та гаряче цинкування.
Електрогальванізація забезпечує блискучіший і гладший вигляд, а шар цинку при цьому тонший, тому цей метод використовується частіше.
Гаряче цинкування формує товщий шар цинку й створює шар цинк-залізо, що забезпечує сильнішу корозійну стійкість порівняно з електрогальванізацією.
3. Анодування поверхні:
У цьому розділі головним чином описано анодування поверхні алюмінію та алюмінієвих сплавів.
Анодування поверхні алюмінію та алюмінієвих сплавів дозволяє отримувати різні кольори й виконує як захисну, так і декоративну функції. Одночасно на поверхні матеріалу утворюється анодна оксидна плівка. Ця плівка має високу твердість і стійкість до зносу, а також гарні діелектричні та теплозахисні властивості.
4. Поверхневе щіткування:
Матеріал розміщують між верхнім і нижнім роликами щіткувального верстата. На ролики натягують абразивні стрічки. За рахунок обертання двигуна матеріал протягується крізь абразивні стрічки, у результаті чого на його поверхні утворюються лінії. Товщина цих ліній залежить від типу абразивної стрічки. Основне призначення — покращення зовнішнього вигляду. Таке щіткування поверхні, як правило, застосовують лише для алюмінієвих матеріалів.
5. Трафаретний друк:
Тампопечат — це процес нанесення різноманітних позначок на поверхню матеріалів. Існує два основні методи: плоска тампопечат і тампопечат за допомогою друкарської подушки. Плоска тампопечат використовується переважно для друку на плоских поверхнях, тоді як для глибших заглиблень потрібна тампопечат за допомогою друкарської подушки.
Для тампопечаті потрібна форма для тампопечаті.
Гнуття листового металу вимагає досвіду; спостерігайте, як досвідчені майстри гнуть аркуші та чому вони роблять це саме так. Щоб дізнатися більше про згинні верстати або процеси гнуття, звертайтеся до нашої команди JUGAO CNC MACHINE.
