Công Nghệ Gia Công Kim Loại Tấm
Tổng quan về Gia công Kim loại Tấm
Chế Tạo Kim Loại Tấm:
Gia công kim loại tấm là một quy trình gia công nguội toàn diện đối với các tấm kim loại mỏng (thường dưới 6 mm), bao gồm cắt, đột, uốn, hàn, tán đinh, tạo hình bằng khuôn và xử lý bề mặt. Đặc điểm nổi bật của quy trình này là độ dày của cùng một chi tiết luôn đồng nhất.
Các phương pháp gia công kim loại tấm:
1. Gia công không dùng khuôn: Quy trình này sử dụng các thiết bị như máy đột CNC, máy cắt laser, máy cắt tấm, máy uốn và máy tán rivet để gia công tấm kim loại. Thông thường, phương pháp này được áp dụng cho việc chế tạo mẫu hoặc sản xuất số lượng nhỏ và có chi phí cao hơn.
2. Gia công dùng khuôn: Quy trình này sử dụng các khuôn cố định để gia công tấm kim loại. Các loại khuôn phổ biến bao gồm khuôn cắt phôi và khuôn tạo hình. Phương pháp này chủ yếu được sử dụng cho sản xuất hàng loạt và có chi phí thấp hơn.
Các phương pháp gia công tấm kim loại:
1. Gia công không dùng khuôn: Quy trình này sử dụng các thiết bị như máy đột CNC, máy cắt laser, máy cắt tấm, máy uốn và máy tán rivet để gia công tấm kim loại. Thông thường, phương pháp này được áp dụng cho việc chế tạo mẫu hoặc sản xuất số lượng nhỏ và tương đối đắt tiền.
2. Gia công dùng khuôn: Quy trình này sử dụng các khuôn cố định để gia công tấm kim loại. Các khuôn này thường bao gồm khuôn cắt phôi và khuôn tạo hình. Phương pháp này chủ yếu được sử dụng cho sản xuất hàng loạt và tương đối rẻ tiền.
Quy trình gia công tấm kim loại
Cắt phôi: Đục lỗ CNC, cắt laser, máy cắt tấm;
Các quy trình gia công khác: tán đinh, tarô, v.v.
Hàn
Xử lý bề mặt: sơn tĩnh điện, mạ điện, kéo dây, in lưới, v.v.
Các quy trình gia công tấm kim loại – Cắt phôi
Các phương pháp cắt phôi tấm kim loại chủ yếu bao gồm đục lỗ CNC, cắt laser, máy cắt tấm và cắt phôi bằng khuôn. Hiện nay, đục lỗ CNC là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất. Cắt laser chủ yếu được áp dụng trong giai đoạn chế tạo mẫu, tuy nhiên chi phí gia công của nó khá cao. Cắt phôi bằng khuôn chủ yếu được dùng trong sản xuất hàng loạt.
Dưới đây, chúng ta sẽ chủ yếu giới thiệu quy trình cắt phôi tấm kim loại bằng đục lỗ CNC.
Đục lỗ CNC, còn gọi là đục lỗ tháp xoay, có thể được sử dụng để cắt phôi, đục lỗ, kéo lỗ và tạo gân, v.v. Độ chính xác gia công của phương pháp này đạt ±0,1 mm. Độ dày tấm kim loại mà đục lỗ CNC có thể gia công là:
Tấm thép cán nguội, tấm thép cán nóng < 3,0 mm;
Tấm nhôm < 4,0 mm;
Tấm thép không gỉ < 2,0 mm.
1. Có các yêu cầu về kích thước tối thiểu đối với việc dập lỗ. Kích thước dập lỗ tối thiểu phụ thuộc vào hình dạng lỗ, tính chất cơ học của vật liệu và độ dày vật liệu. (Xem hình bên dưới)
2. Khoảng cách giữa các lỗ và khoảng cách từ lỗ đến mép chi tiết trong quá trình dập CNC. Khoảng cách tối thiểu từ mép lỗ dập đến hình dáng ngoài của chi tiết bị giới hạn bởi một số yếu tố nhất định, tùy thuộc vào hình dạng của chi tiết và lỗ dập. Khi mép lỗ dập không song song với mép ngoài của chi tiết, khoảng cách tối thiểu này không được nhỏ hơn độ dày vật liệu t; khi chúng song song, khoảng cách tối thiểu không được nhỏ hơn 1,5t. (Xem hình bên dưới)
3. Khi dập kéo lỗ, khoảng cách tối thiểu từ lỗ dập kéo đến mép chi tiết là 3T, khoảng cách tối thiểu giữa hai lỗ dập kéo là 6T, và khoảng cách an toàn tối thiểu từ lỗ dập kéo đến mép uốn (bên trong) là 3T + R (trong đó T là độ dày tấm kim loại, R là bán kính uốn).
4. Khi đục lỗ trên các chi tiết đã được kéo sâu, uốn cong và kéo sâu nhiều lần, cần duy trì một khoảng cách nhất định giữa thành lỗ và thành thẳng. (Xem sơ đồ bên dưới)
Công nghệ gia công tấm kim loại – tạo hình
Tạo hình tấm kim loại chủ yếu bao gồm uốn cong và kéo giãn.
1. Uốn tấm kim loại
1.1. Uốn tấm kim loại chủ yếu sử dụng máy uốn.
Độ chính xác gia công của máy uốn:
Lần uốn đầu tiên: ±0,1 mm
Lần uốn thứ hai: ±0,2 mm
Hơn hai lần uốn: ±0,3 mm
1.2. Các nguyên tắc cơ bản về trình tự uốn: Uốn từ trong ra ngoài, từ nhỏ đến lớn, uốn các hình dạng đặc biệt trước, sau đó mới uốn các hình dạng thông thường, đảm bảo rằng công đoạn trước không ảnh hưởng hay gây cản trở đến các công đoạn tiếp theo.
1.3. Các dạng đầu uốn phổ biến:
1.4. Bán kính uốn tối thiểu của chi tiết uốn: Khi uốn một vật liệu, lớp ngoài bị kéo giãn trong khi lớp trong bị nén ở vùng bán kính lượn (fillet). Khi độ dày vật liệu không đổi, bán kính trong (r) càng nhỏ thì mức độ kéo giãn và nén càng nghiêm trọng. Khi ứng suất kéo tại vùng lượn ngoài vượt quá giới hạn bền kéo của vật liệu, các vết nứt và gãy vỡ sẽ xuất hiện. Do đó, thiết kế kết cấu của chi tiết uốn cần tránh sử dụng bán kính lượn uốn quá nhỏ. Bán kính uốn tối thiểu của các vật liệu thường dùng trong công ty được trình bày trong bảng dưới đây.
Bảng bán kính uốn tối thiểu cho chi tiết uốn:
1.5. Chiều cao cạnh thẳng của chi tiết uốn nói chung, chiều cao tối thiểu của cạnh thẳng không được quá nhỏ. Yêu cầu chiều cao tối thiểu: h > 2t
Nếu chiều cao cạnh thẳng h < 2t của phần uốn cần được tăng lên trước, thì chiều cao uốn phải được tăng lên trước, sau đó gia công đến kích thước yêu cầu sau khi uốn; hoặc cần gia công một rãnh nông trong vùng biến dạng uốn trước khi uốn.
1.6. Chiều cao của cạnh thẳng có cạnh nghiêng: Khi một phần uốn có cạnh nghiêng, chiều cao tối thiểu của cạnh đó là: h = (2~4)t > 3 mm
1.7. Khoảng cách lỗ trên các chi tiết uốn: Khoảng cách lỗ: Sau khi dập, lỗ phải được đặt ở ngoài vùng biến dạng uốn để tránh biến dạng trong quá trình uốn. Khoảng cách từ thành lỗ đến mép uốn được thể hiện trong bảng dưới đây.
1.8. Đối với các chi tiết uốn cục bộ, đường uốn phải tránh các vị trí có sự thay đổi kích thước đột ngột. Khi uốn cong một phần cạnh, để tránh tập trung ứng suất và nứt tại các góc sắc, đường uốn có thể được dịch chuyển một khoảng cách nhất định ra xa vị trí thay đổi kích thước đột ngột (Hình a), hoặc tạo rãnh công nghệ (Hình b), hoặc đục lỗ công nghệ (Hình c). Lưu ý các yêu cầu về kích thước trong hình: S > R; chiều rộng rãnh k ≥ t; chiều sâu rãnh L > t + R + k/2.
1.9. Cạnh vát của cạnh uốn cần tránh vùng biến dạng.
1.10. Yêu cầu thiết kế đối với cạnh chết: Chiều dài cạnh chết phụ thuộc vào độ dày vật liệu. Như minh họa trong hình dưới đây, chiều dài tối thiểu của cạnh chết L > 3,5t + R. Trong đó t là độ dày thành vật liệu, còn R là bán kính uốn trong nhỏ nhất của công đoạn trước đó (như thể hiện ở bên phải trong hình dưới đây).
1.11. Thêm lỗ định vị công nghệ: Để đảm bảo vị trí chính xác của phôi trong khuôn và ngăn ngừa hiện tượng phôi bị dịch chuyển trong quá trình uốn dẫn đến sản phẩm lỗi, cần bổ sung trước các lỗ định vị công nghệ khi thiết kế, như minh họa trong hình dưới đây. Đặc biệt đối với các chi tiết phải uốn và tạo hình nhiều lần, các lỗ định vị công nghệ bắt buộc phải được sử dụng làm chuẩn định vị nhằm giảm sai số tích lũy và đảm bảo chất lượng sản phẩm.
1.12. Các kích thước khác nhau dẫn đến khả năng chế tạo khác nhau:
Như thể hiện trong sơ đồ trên: a) Đột lỗ trước rồi mới uốn sẽ dễ dàng đảm bảo độ chính xác của kích thước L và thuận tiện cho gia công hơn; b) và c) Nếu yêu cầu độ chính xác cao đối với kích thước L, thì phải uốn trước rồi mới gia công lỗ — phương pháp này phức tạp hơn.
1.13. Hiện tượng đàn hồi sau uốn của chi tiết uốn: Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng đàn hồi sau uốn, bao gồm tính chất cơ học của vật liệu, chiều dày thành, bán kính uốn và áp lực pháp tuyến trong quá trình uốn.
Tỷ lệ giữa bán kính cong trong và độ dày tấm của phần uốn càng lớn thì hiện tượng đàn hồi sau khi uốn (springback) càng lớn.
Việc tạo gân gia cường bằng cách ép trong vùng uốn không chỉ cải thiện độ cứng vững của chi tiết mà còn giúp hạn chế hiện tượng đàn hồi sau khi uốn (springback).
2. Dập kéo tấm kim loại
Dập kéo tấm kim loại chủ yếu được thực hiện bằng máy đột CNC hoặc đột thông thường, yêu cầu sử dụng nhiều loại chày dập kéo hoặc cối dập kéo khác nhau.
Hình dạng của chi tiết sau dập kéo nên đơn giản và đối xứng nhất có thể, đồng thời nên thực hiện trong một lần dập kéo bất cứ khi nào có thể.
Đối với các chi tiết yêu cầu nhiều lần dập kéo, những dấu vết có thể xuất hiện trên bề mặt trong quá trình dập kéo phải được chấp nhận.
Trong khi đảm bảo các yêu cầu lắp ráp, cần cho phép tồn tại một góc nghiêng nhất định trên các thành bên của chi tiết sau dập kéo.
2.1. Yêu cầu về bán kính góc lượn giữa đáy và thành thẳng của chi tiết sau dập kéo:
Như thể hiện trong hình, bán kính góc lượn giữa đáy của phần kéo giãn và thành thẳng đứng phải lớn hơn độ dày tấm, tức là r > t. Để quá trình kéo giãn diễn ra trơn tru hơn, r1 thường được chọn bằng (3–5)t, và bán kính góc lượn tối đa không được vượt quá 8 lần độ dày tấm, tức là r1 ≤ 8t.
2.2. Bán kính góc lượn giữa mép biên và thành của chi tiết kéo giãn:
Như thể hiện trong hình, bán kính góc lượn giữa mép biên và thành của chi tiết kéo giãn phải lớn hơn hai lần độ dày tấm, tức là r2 > 2t. Để quá trình kéo giãn diễn ra trơn tru hơn, r2 thường được chọn bằng (5–10)t. Bán kính góc lượn mép biên tối đa không được vượt quá 8 lần độ dày tấm, tức là r2 ≤ 8t.
2.3. Bán kính góc lượn giữa mép biên và thành của chi tiết kéo giãn: Như thể hiện trong hình, bán kính góc lượn giữa mép biên và thành phần kéo giãn phải lớn hơn hai lần độ dày của tấm, tức là r2 > 2t. Để quá trình kéo giãn diễn ra trơn tru hơn, thông thường r2 được chọn trong khoảng (5–10)t. Bán kính tối đa của mép biên phải nhỏ hơn hoặc bằng tám lần độ dày của tấm, tức là r2 < 8t.
2.4. Đường kính khoang bên trong của các chi tiết kéo tròn: Như thể hiện trong hình, đường kính khoang bên trong của các chi tiết kéo tròn phải thỏa mãn điều kiện D > d + 10t nhằm đảm bảo tấm ép không bị nhăn trong quá trình kéo.
2.5. Bán kính góc lượn giữa các thành kề nhau của chi tiết kéo hình chữ nhật: Như thể hiện trong hình, bán kính góc lượn giữa các thành kề nhau của chi tiết kéo hình chữ nhật phải thỏa mãn r3 > 3t. Để giảm số lần thực hiện công đoạn kéo, r3 nên càng lớn càng tốt nhưng phải lớn hơn H/5 nhằm có thể hoàn thành kéo chỉ trong một lần duy nhất.
2.6. Khi tạo một chi tiết kéo hình tròn không có mép trong một bước, mối quan hệ kích thước giữa chiều cao và đường kính của nó phải đáp ứng các yêu cầu sau:
Như thể hiện trong hình, khi tạo một chi tiết kéo hình tròn không có mép trong một bước, tỷ số giữa chiều cao H và đường kính d phải nhỏ hơn hoặc bằng 0,4, tức là H/d ≤ 0,4.
2.7. Sự thay đổi độ dày của các chi tiết kéo: Do mức độ ứng suất khác nhau tại các vị trí khác nhau, độ dày vật liệu của một chi tiết kéo sẽ thay đổi sau quá trình kéo. Nói chung, phần tâm đáy giữ nguyên độ dày ban đầu; vật liệu bị mỏng đi tại các góc lượn ở đáy; vật liệu dày lên gần mép trên (flange); và vật liệu cũng dày lên tại các góc lượn của các chi tiết kéo hình chữ nhật. Khi thiết kế các sản phẩm kéo, kích thước ghi trên bản vẽ sản phẩm cần làm rõ là phải đảm bảo kích thước ngoài hay kích thước trong; không được đồng thời quy định cả hai loại kích thước (kích thước trong và ngoài).
3. Các loại kim loại khác:
Thắt chặt xương sườnCánh sườn được ép lên các bộ phận kim loại để tăng độ cứng cấu trúc.
Lâm vỏ Lâm vỏ thường được sử dụng trong các vỏ hoặc vỏ khác nhau để thông gió và phân tán nhiệt.
Hố phích (Hố vẽ) Sử dụng để máy sợi hoặc cải thiện độ cứng của các lỗ.
3.1. Thắt chặt xương sườn:
Chọn cấu trúc và kích thước xương sườn củng cố
Kích thước giới hạn khoảng cách đục và khoảng cách cạnh đục
3.2. Đèn cửa Venice:
Phương pháp tạo ra rèm Veneziano là sử dụng một cạnh của đấm để cắt vật liệu trong khi phần còn lại của đấm kéo dài và biến dạng vật liệu cùng một lúc, tạo thành một hình dạng sóng với một bên mở.
Cấu trúc điển hình của rèm cửa Venice. Các yêu cầu về kích thước rèm Venezia: a>4t; b>6t; h<5t; L>24t; r>0,5t.
3.3. Vát mép lỗ (khoan lỗ):
Có nhiều loại vát mép lỗ; loại phổ biến nhất là vát mép các lỗ bên trong để tiện ren.
Công nghệ gia công kim loại tấm – hàn
Trong thiết kế kết cấu hàn kim loại tấm, cần tuân thủ nguyên tắc "bố trí các mối hàn và điểm hàn đối xứng, tránh hội tụ, tập trung và chồng lấn". Các mối hàn và điểm hàn phụ có thể bị gián đoạn, trong khi các mối hàn và điểm hàn chính phải được liên tục. Các phương pháp hàn thường dùng trong gia công kim loại tấm bao gồm hàn hồ quang và hàn điện trở.
1. Hàn hồ quang:
Phải đảm bảo khoảng không gian hàn đủ lớn giữa các chi tiết kim loại tấm. Khe hở hàn tối đa nên nằm trong khoảng 0,5–0,8 mm, và mối hàn phải đều và phẳng.
2. Hàn điện trở
Bề mặt hàn phải phẳng, không có nếp nhăn, hiện tượng đàn hồi ngược (springback), v.v.
Kích thước cho hàn điểm điện trở được trình bày trong bảng dưới đây:
Khoảng cách giữa các mối hàn điểm điện trở
Trong ứng dụng thực tế, khi hàn các chi tiết nhỏ, có thể sử dụng dữ liệu trong bảng dưới đây làm tham khảo. Khi hàn các chi tiết lớn, khoảng cách giữa các mối hàn có thể được tăng lên một cách phù hợp, nói chung không nhỏ hơn 40–50 mm. Đối với các chi tiết không chịu tải, khoảng cách giữa các mối hàn có thể tăng lên 70–80 mm.
Độ dày tấm t, đường kính mối hàn d, đường kính nhỏ nhất của mối hàn dmin, khoảng cách nhỏ nhất giữa các mối hàn e. Nếu các tấm có độ dày khác nhau, hãy chọn độ dày dựa trên tấm mỏng nhất.
Số lớp tấm và tỷ lệ độ dày khi hàn điện trở
Hàn điểm điện trở thường gồm hai lớp tấm, tối đa là ba lớp. Tỷ lệ độ dày giữa các lớp trong mối hàn phải nằm trong khoảng từ 1/3 đến 3.
Nếu yêu cầu hàn ba lớp, trước tiên cần kiểm tra tỷ lệ độ dày. Nếu tỷ lệ này hợp lý thì có thể tiến hành hàn; nếu không, cần xem xét tạo lỗ công nghệ hoặc khía công nghệ, hàn riêng từng hai lớp và bố trí lệch các điểm hàn.
Công nghệ gia công kim loại tấm – Xử lý bề mặt
Xử lý bề mặt kim loại tấm nhằm cả hai mục đích chống ăn mòn và trang trí. Các phương pháp xử lý bề mặt kim loại tấm phổ biến bao gồm: sơn tĩnh điện dạng bột, mạ kẽm điện phân, mạ kẽm nhúng nóng, oxy hóa bề mặt, chải bề mặt và in lụa. Trước khi xử lý bề mặt, cần loại bỏ dầu, gỉ sắt, xỉ hàn, v.v. khỏi bề mặt kim loại tấm.
1. Sơn tĩnh điện dạng bột:
Có hai loại phủ bề mặt cho kim loại tấm: sơn lỏng và sơn bột. Chúng tôi thường sử dụng sơn bột. Bằng các phương pháp như phun bột, hút bám tĩnh điện và nung ở nhiệt độ cao, một lớp sơn với nhiều màu sắc khác nhau được phủ lên bề mặt kim loại tấm nhằm cải thiện tính thẩm mỹ và tăng khả năng chống ăn mòn của vật liệu. Đây là một phương pháp xử lý bề mặt được sử dụng phổ biến.
Lưu ý: Sẽ có một số khác biệt về màu sắc giữa các tấm kim loại được phủ bởi các nhà sản xuất khác nhau. Do đó, các tấm kim loại cùng màu được sản xuất trên cùng một thiết bị nên lý tưởng nhất là được phủ bởi cùng một nhà sản xuất.
2. Mạ kẽm điện phân và mạ kẽm nhúng nóng:
Mạ kẽm bề mặt tấm kim loại là một phương pháp xử lý chống ăn mòn bề mặt phổ biến, đồng thời cũng cải thiện tính thẩm mỹ. Mạ kẽm có thể được chia thành mạ kẽm điện phân và mạ kẽm nhúng nóng.
Mạ kẽm điện phân tạo ra bề mặt sáng bóng và mịn hơn, lớp kẽm mỏng hơn, do đó được sử dụng phổ biến hơn.
Mạ kẽm nhúng nóng tạo ra lớp kẽm dày hơn và hình thành lớp hợp kim kẽm-sắt, mang lại khả năng chống ăn mòn mạnh hơn so với mạ kẽm điện phân.
3. Anod hóa bề mặt:
Phần này chủ yếu giới thiệu về quá trình anod hóa bề mặt nhôm và hợp kim nhôm.
Quá trình anod hóa bề mặt nhôm và hợp kim nhôm có thể tạo ra nhiều màu sắc khác nhau, vừa phục vụ mục đích bảo vệ vừa mang tính trang trí. Đồng thời, một lớp màng oxit anot được hình thành trên bề mặt vật liệu. Lớp màng này có độ cứng cao, khả năng chống mài mòn tốt, đồng thời sở hữu tính cách điện và cách nhiệt tốt.
4. Chải bề mặt:
Vật liệu được đặt giữa hai con lăn trên và dưới của máy chải. Các băng mài được gắn lên các con lăn. Nhờ động cơ dẫn động, vật liệu bị ép đi qua các băng mài, tạo ra các vân đường thẳng trên bề mặt vật liệu. Độ dày của các vân này thay đổi tùy theo loại băng mài sử dụng. Mục đích chính là nâng cao tính thẩm mỹ. Quy trình chải bề mặt này thường chỉ áp dụng cho vật liệu nhôm.
5. In lưới:
In lụa là quá trình in các dấu hiệu khác nhau lên bề mặt vật liệu. Thông thường có hai phương pháp: in lụa bàn phẳng và in chuyển (pad printing). In lụa bàn phẳng chủ yếu được sử dụng cho các bề mặt phẳng, trong khi in chuyển lại cần thiết để in vào các rãnh sâu hơn.
In lụa yêu cầu sử dụng khuôn in lụa.
Việc uốn kim loại tấm đòi hỏi kinh nghiệm; hãy quan sát cách những thợ lành nghề uốn các tấm kim loại và lý do họ làm như vậy. Để tìm hiểu thêm về máy uốn hoặc quy trình uốn, vui lòng liên hệ đội ngũ JUGAO CNC MACHINE của chúng tôi.
