Технология обработки листового металла

Обзор листового металла

Изготовление изделий из 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, клепку, штамповку и поверхностную обработку. Его важная особенность заключается в том, что толщина одной и той же детали остается постоянной.

Методы изготовления изделий из листового металла:

1. Изготовление без применения штампов: в этом процессе используются такие виды оборудования, как CNC-пробивка, лазерная резка, гильотинные ножницы, гибочные станки и клепальные машины для обработки листового металла. Обычно применяется для изготовления образцов или мелкосерийного производства и отличается более высокой стоимостью.

2. Изготовление с применением штампов: в этом процессе для обработки листового металла используются фиксированные штампы. К ним обычно относятся вырубные и формовочные штампы. В основном применяется для массового производства и отличается более низкой стоимостью.

Методы обработки листового металла:

1. Обработка без использования оснастки: в этом процессе для обработки листового металла используются такие виды оборудования, как CNC-пробивка, лазерная резка, гильотинные ножницы, гибочные станки и клепальные машины. Обычно применяется для изготовления образцов или мелкосерийного производства и относительно дорогостоящая.

2. Обработка с использованием штампов: в этом процессе для обработки листового металла используются фиксированные штампы. Обычно это вырубные и формовочные штампы. В основном применяется для массового производства и относительно недорога.

Технологический процесс обработки листового металла

l Вырубка: CNC-пробивка, лазерная резка, гильотинные ножницы; формообразование — гибка, вытяжка, пробивка: гибочный станок, пресс и т. д.

l Другие операции: клепка, нарезка резьбы и т. д.

l Сварка

l Поверхностная обработка: порошковое покрытие, гальваническое покрытие, шлифование, трафаретная печать и т. д.

Технологические процессы изготовления изделий из листового металла — вырубка

Основные методы вырубки листового металла включают CNC-пробивку, лазерную резку, гильотинные ножницы и вырубку штампом. На данный момент CNC-пробивка является наиболее распространенным методом. Лазерная резка в основном используется на этапе прототипирования, однако ее стоимость обработки высока. Вырубка штампом чаще всего применяется для массового производства.

Ниже мы в основном рассмотрим вырубку листового металла с использованием CNC-пробивки.

CNC-пробивка, также известная как револьверная пробивка, может использоваться для вырубки, пробивки отверстий, вытяжки отверстий, формирования ребер и т. д. Точность обработки может достигать +/-0,1 мм. Толщина листового металла, которую может обрабатывать CNC-пробивка:

Холоднокатаный лист, горячекатаный лист <3,0 мм;

Алюминиевый лист <4,0 мм;

Лист нержавеющей стали <2,0 мм.

1. Существуют минимальные требования к размеру пробивки. Минимальный размер пробивки зависит от формы отверстия, механических свойств материала и толщины материала. (См. рисунок ниже)

2. Расстояние между отверстиями и отступ от кромки при CNC-пробивке. Минимальное расстояние между кромкой пробитого отверстия и внешним контуром детали зависит от формы детали и отверстия. Если кромка пробитого отверстия не параллельна внешней кромке детали, это минимальное расстояние должно быть не менее толщины материала t; если они параллельны, оно должно быть не менее 1,5t. (См. рисунок ниже)

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

4. При пробивке отверстий в вытянутых, согнутых и глубоко вытянутых деталях необходимо соблюдать определенное расстояние между стенкой отверстия и прямой стенкой. (См. схему ниже)

Технология обработки листового металла — формообразование

Формообразование листового металла в основном включает гибку и вытяжку.

1. Гибка листового металла

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

Точность обработки гибочного станка:

Первый гиб: +/-0,1 мм

Второй гиб: +/-0,2 мм

Более двух гибов: +/-0,3 мм

1.2. Основные принципы последовательности гибки: гнуть изнутри наружу, от малого к большому; сначала гнуть детали сложной формы, затем — общей формы, обеспечивая, чтобы предыдущая операция не влияла и не мешала последующим операциям.

1.3. Распространённые формы гибочного инструмента:

1.4. Минимальный радиус гиба деталей: при изгибе материала наружный слой растягивается, а внутренний в зоне закругления сжимается. При постоянной толщине материала чем меньше внутренний радиус (r), тем сильнее растяжение и сжатие. Когда напряжение растяжения на внешнем закруглении превышает предельную прочность материала, возникают трещины и разрыв. Поэтому при конструировании гнутых деталей следует избегать слишком малых радиусов гиба. Минимальные радиусы гиба для наиболее часто используемых материалов в компании приведены в таблице ниже.

Таблица минимальных радиусов гиба для гнутых деталей:

1.5. Высота прямой кромки гнутых деталей: как правило, минимальная высота прямой кромки не должна быть слишком малой. Минимальное требование к высоте: h > 2t

Если высота прямой кромки h < 2t у гнутой детали, сначала её нужно увеличить, затем увеличить высоту гиба и после гибки обработать до требуемого размера; либо перед гибкой выполнить неглубокую канавку в зоне деформации гиба.

1.6. Высота прямой кромки с наклонной стороной: если у гнутой детали есть наклонная сторона, минимальная высота стороны составляет: h = (2~4)t > 3 мм

1.7. Расстояние до отверстия на гнутых деталях: после пробивки отверстие должно располагаться вне зоны деформации гиба, чтобы избежать деформации при гибке. Расстояние от стенки отверстия до линии гиба показано в таблице ниже.

1.8. Для локально гнутых деталей линия гиба должна обходить участки резкого изменения размеров. При частичной гибке участка кромки, чтобы предотвратить концентрацию напряжений и растрескивание в острых углах, линию гиба можно сместить на определённое расстояние от зоны резкого изменения размеров (рис. a), либо выполнить технологическую канавку (рис. b), либо пробить технологическое отверстие (рис. c). Обратите внимание на требования к размерам на рисунках: S>R, ширина канавки k≥t; глубина канавки L>t+R+k/2

1.9. Скошенная кромка гнутой детали должна обходить зону деформации.

1.10. Требования к проектированию отбортовок. Длина отбортовки зависит от толщины материала. Как показано на рисунке ниже, минимальная длина отбортовки L > 3,5t + R. Где t — толщина стенки материала, а R — минимальный внутренний радиус гиба предыдущей операции (как показано справа на рисунке ниже).

1.11. Добавление технологических базировочных отверстий: чтобы обеспечить точное позиционирование заготовки в штампе и предотвратить её смещение при гибке, приводящее к браку, на этапе проектирования следует заранее предусмотреть технологические базировочные отверстия, как показано на рисунке ниже. Особенно для деталей, которые подвергаются многократной гибке и формовке, технологические отверстия необходимо использовать в качестве базы позиционирования, чтобы снизить накопленные погрешности и обеспечить качество изделия.

1.12. Разные размеры — разная технологичность изготовления:

Как показано на схеме выше, a) сначала пробить отверстие, а затем выполнить гибку — это позволяет легче обеспечить точность размера L и упрощает обработку. b) и c), если требуется высокая точность размера L, сначала выполняют гибку, а затем обрабатывают отверстие, что более сложно.

1.13. Пружинение гнутых деталей: на пружинение влияет множество факторов, включая механические свойства материала, толщину стенки, радиус гиба и нормальное давление при гибке.

Чем больше отношение внутреннего радиуса закругления к толщине листа у гнутой детали, тем больше пружинение.

Вдавливание ребер жёсткости в зоне гиба не только повышает жёсткость заготовки, но и помогает уменьшить пружинение.

2. Вытяжка листового металла

Вытяжка листового металла в основном выполняется на станках CNC-вырубки или обычных пробивных станках и требует различных вытяжных пуансонов или матриц.

Форма вытянутой детали должна быть максимально простой и симметричной, а по возможности — вытягиваться за одну операцию.

Для деталей, требующих нескольких операций вытяжки, допускается наличие следов, которые могут образоваться на поверхности в процессе вытяжки.

При обеспечении требований сборки следует допускать определённый уклон стенок вытянутой детали.

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

Как показано на рисунке, радиус скругления между дном вытянутой детали и прямой стенкой должен быть больше толщины листа, то есть r>t. Для более плавного протекания процесса вытяжки обычно принимают r1 = (3–5)t, а максимальный радиус скругления должен быть не более 8 толщин листа, то есть r1<8t.

2.2. Радиус скругления между отбортовкой и стенкой вытянутой детали:

Как показано на рисунке, радиус скругления между отбортовкой и стенкой вытяжной детали должен быть больше двойной толщины листа, то есть r2>2t. Для более плавного протекания процесса вытяжки обычно принимают r2 = (5-10)t. Максимальный радиус отбортовки должен быть не более 8 толщин листа, то есть r2<8t.

2.3. Радиус скругления между отбортовкой и стенкой вытяжной детали: как показано на рисунке, радиус скругления между отбортовкой и стенкой вытяжной детали должен быть больше двойной толщины листа, то есть r2>2t. Для более плавного протекания процесса вытяжки обычно принимают r2 = (5–10)t. Максимальный радиус отбортовки должен быть не более восьми толщин листа, то есть r2<8t.

2.4. Диаметр внутренней полости круглых вытянутых деталей: как показано на рисунке, диаметр внутренней полости круглых вытянутых деталей должен быть D>d+10t, чтобы при вытяжке прижимная плита не образовывала складок.

2.5. Радиус скругления между соседними стенками прямоугольной вытяжной детали: как показано на рисунке, радиус скругления между соседними стенками прямоугольной вытяжной детали должен быть r3 > 3t. Чтобы уменьшить число операций вытяжки, по возможности r3 должен быть больше H/5, чтобы можно было выполнить вытяжку за один проход.

2.6. При получении круглой вытянутой детали без отбортовки за одну операцию соотношение между её высотой и диаметром должно соответствовать следующим требованиям:

Как показано на рисунке, при формовании круглой вытянутой детали без отбортовки за одну операцию отношение высоты H к диаметру d должно быть меньше либо равно 0,4, то есть H/d < 0,4.

2.7. Изменение толщины вытянутых деталей: из-за различий в уровнях напряжений в разных участках толщина материала в вытянутой детали после вытяжки изменяется. Как правило, центральная часть дна сохраняет исходную толщину, материал истончается в нижних закруглениях дна, утолщается у верхней отбортовки, а также утолщается в закруглениях прямоугольных вытянутых деталей. При проектировании вытянутых изделий размеры на чертеже должны чётко указывать, какие размеры — внешние или внутренние — должны быть гарантированы; одновременно задавать и внутренние, и внешние размеры нельзя.

3. Другие виды формовки листового металла:

Рёбра жёсткости——Рёбра штампуются на листовых деталях для повышения жёсткости конструкции.

Жалюзи——Жалюзи широко используются в различных корпусах и кожухах для вентиляции и отвода тепла.

Отбортовка отверстий (вытяжка отверстий)——Используется для нарезания резьбы или повышения жесткости отверстий.

3.1. Ребра жесткости:

Выбор конструкции и размеров ребер жесткости

Ограниченные размеры расстояния между пуансонами и отступа от кромки пуансона

3.2. Жалюзи:

Способ формирования жалюзи заключается в том, что один край пуансона разрезает материал, а остальная часть пуансона одновременно растягивает и деформирует его, образуя волнообразную форму с открытой одной стороной.

Типовая конструкция жалюзи. Требования к размерам жалюзи: a>4t; b>6t; h<5t; L>24t; r>0,5t.

3.3. Отбортовка отверстий (вытяжка отверстия):

Существует множество видов отбортовки отверстий, наиболее распространенная — отбортовка внутренних отверстий под нарезание резьбы.

Технология обработки листового металла — сварка

При проектировании сварных конструкций из листового металла следует соблюдать принцип «симметричного расположения сварных швов и точек сварки, избегая их схождения, скопления и наложения». Второстепенные швы и точки сварки могут быть прерывистыми, а основные швы и точки сварки должны быть непрерывными. К широко применяемым методам сварки в листовой обработке относятся дуговая сварка и контактная сварка.

1. Дуговая сварка:

Между деталями из листового металла должно быть достаточно сварочного зазора. Максимальный сварочный зазор должен составлять 0,5–0,8 мм, а шов должен быть ровным и плоским.

2. Контактная сварка

Свариваемая поверхность должна быть ровной, без складок, упругого возврата и т. д.

Размеры для контактной точечной сварки приведены в таблице ниже:

Расстояние между точками контактной сварки

На практике при сварке мелких деталей можно использовать данные из таблицы ниже в качестве ориентира. При сварке крупных деталей расстояние между точками можно увеличить, обычно не менее 40–50 мм. Для ненесущих деталей расстояние между точками можно увеличить 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, ориентируйтесь на толщину самого тонкого листа.

Количество слоев и соотношение толщин листов при контактной сварке

При контактной точечной сварке обычно используются два слоя листа, максимум — три слоя. Соотношение толщины каждого слоя в сварном соединении должно быть в пределах от 1/3 до 3.

Если требуется сварка трех слоев, сначала следует проверить соотношение толщин. Если оно допустимо, можно приступать к сварке. Если нет, следует рассмотреть возможность выполнения технологических отверстий или технологических вырезов, сварки двух слоев по отдельности и смещения точек сварки.

Технология обработки листового металла — поверхностная обработка

Поверхностная обработка листового металла служит как для защиты от коррозии, так и для декоративных целей. К распространенным видам поверхностной обработки листового металла относятся порошковое покрытие, электрооцинковка, горячее цинкование, поверхностное оксидирование, поверхностная шлифовка и трафаретная печать. Перед поверхностной обработкой с поверхности листового металла необходимо удалить масло, ржавчину, сварочный шлак и т. д.

1. Порошковое покрытие:

Существует два вида покрытия поверхности листового металла: жидкая краска и порошковая краска. Обычно мы используем порошковую краску. С помощью таких методов, как напыление порошка, электростатическое осаждение и высокотемпературная запекание, на поверхность листового металла наносится слой краски различных цветов, что улучшает внешний вид и повышает коррозионную стойкость материала. Это широко применяемый метод поверхностной обработки.

Примечание: между листами, покрытыми разными производителями, возможны некоторые различия в цвете. Поэтому листовой металл одного цвета, изготавливаемый на одном и том же оборудовании, по возможности должен покрываться одним и тем же производителем.

2.  Электрооцинковка и горячее цинкование:

Цинкование поверхности листового металла — это распространенный способ антикоррозионной обработки поверхности, который также улучшает внешний вид. Цинкование можно разделить на электрооцинковку и горячее цинкование.

Электрооцинковка обеспечивает более яркий и гладкий внешний вид, а цинковый слой получается тоньше, поэтому этот способ используется чаще.

Горячее цинкование дает более толстый цинковый слой и образует цинк-железный сплав, который обеспечивает более высокую коррозионную стойкость, чем электрооцинковка.

3. Поверхностное анодирование:

В этом разделе в основном рассматривается поверхностное анодирование алюминия и алюминиевых сплавов.

Поверхностное анодирование алюминия и алюминиевых сплавов позволяет получать различные цвета, выполняя одновременно защитную и декоративную функции. При этом на поверхности материала образуется анодная оксидная пленка. Эта пленка обладает высокой твердостью и износостойкостью, а также хорошими электроизоляционными и теплоизоляционными свойствами.

4. Поверхностная шлифовка:

Материал помещается между верхним и нижним роликами шлифовальной машины. На ролики устанавливаются абразивные ленты. Под действием двигателя материал протягивается через абразивные ленты, в результате чего на поверхности материала образуются линии. Глубина линий зависит от типа абразивной ленты. Основная цель — улучшение внешнего вида. Такую поверхностную шлифовку обычно применяют только для алюминиевых материалов.

5. Трафаретная печать:

Трафаретная печать — это процесс нанесения различных маркировок на поверхность материалов. Обычно используются два метода: плоская трафаретная печать и тампопечать. Плоская трафаретная печать в основном применяется для плоских поверхностей, а для более глубоких углублений требуется тампопечать.

Для трафаретной печати требуется трафаретная 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.