Гибкий.ру Гибка листового металла
Процесс, при котором кусок листового металла помещается на матрицу с определенной геометрией, пуансон вдавливается в материал, чтобы наложить листовой металл на матрицу. Сгибание кажется простым и понятным, но может оказаться более сложным, чем ожидалось.
Рассмотрим процедуры гибки листового металла с использованием U-образных штампов, V-образных штампов или формы канала вдоль прямой оси в более пластичных материалах.
Загиб кромки листового металла
Загиб кромки может быть очень полезной техникой, когда процессы резки недоступны, но необходима хорошая кромка без заусенцев.
Штамповка листового металла — это, по крайней мере, двухэтапный процесс, при котором кусок листового металла сгибается и доводится до дна в форме V-образного штампа, затем удаляется и помещается в штамп для выравнивания кромки. Загиб отличается от завивки, потому что необработанный край будет обнажен в противопоожной от кромки стороны.
Завивка листового металла
Завивка также может быть удобным процессом по той же причине, что и загиб. Это создает красивый закругленный край, но при скручивании шероховатый край материала полностью покрывается завитком.
Скручивание обычно требует в общей сложности трех шагов, когда кусок листового металла вдавливается в круглую матрицу в двух местах, а затем закрывается круглым пуансоном.
Прокатка листового металла
Прокатка листового металла может быть одностадийным процессом, при котором более толстый кусок листового металла проходит через 2(или более 20) гидравлически нагруженных роликов и сжимает листовой металл в более тонкий лист.
Если он проходит через два или более ролика прямо перпендикулярно листу, материал сплющивается до более тонкого материала. При использовании большего количества роликов с разной геометрией и на расстоянии друг от друга материалу можно придавать различные формы.
Профилегибочное формование листового металла
Профилирование позволяет создавать длинные участки сложной геометрии. Профилегибочное формование состоит из длинного листа листового металла, обычно из катушки, и проходит через серию валков, которые постепенно сгибают листовой материал в более сложную форму.
Прядение листового металла
Прядение металла состоит из диска или цилиндра из листового металла, который помещается на оправку на токарном станке, а роликовый инструмент придает листу форму оправки.
Обычное прядение: постоянная толщина стенки, но готовая деталь будет иметь меньший диаметр, чем заготовка
Прядение со сдвигом: постоянный внешний диаметр между заготовкой и готовой деталью, но толщина стенок будет меньше.
Гидроабразивная резка листового металла
При гидроабразивной резке используется струя воды под высоким давлением с высокой скоростью, содержащая другие абразивные материалы. Скорость водного потока обычно составляет около 610 м/с при давлении около 415 МПа. По сути, это высокоскоростная версия эрозии, которая обычно приводит к очень хорошей чистоте поверхности, отсутствию заусенцев, а так как она все время охлаждается водой, отсутствует тепловая деформация. Однако, если деталь не имеет достаточно хорошей опоры, рядом с вырезом может произойти изгиб из-за высокого давления.
Водоструйная резка может быть хорошей альтернативой лазерной резке, но она может быть намного медленнее. Кроме того, лазерная резка имеет некоторые дополнительные преимущества, поскольку может гравировать и маркировать детали, используя функцию контроля глубины, в отличие от гидроабразивной резки.
Таблица для сравнение типов резки листового металла:
| Типы | Плюсы | Минусы | Допуски | Идеальный диапазон | Расходы | Применение |
| Лазерная резка |
|
| 0,05 мм(0,002 дюйма) | 0,30–1,02 мм(0,12–0,4 дюйма) | $$$ | Листы материала средней толщины. Становится менее эффективным по мере увеличения толщины материала. |
| Плазменная резка |
|
| 0,5 мм(0,02 дюйма) | 0,5–180 мм(0,02–7,01 дюйма) | $ | Более толстые куски электропроводящего металла там, где эстетика не так важна. |
| Гидроабразивная резка |
|
| 0,2 мм(0,008 дюйма) | 10,16–50,8 мм(0,4–2 дюйма) | $$$$$ | Детали со сложными деталями, отделка которых стоит дополнительных затрат. |
Проектирование изделий из листового металла изготовленных методом гибки
Учитывайте К-фактор, чтобы избежать деформации и разрывов
При изгибе металла материал растягивается, в результате чего нейтральная ось смещается от центра. Чтобы правильно спроектировать развертку и найти правильный допуск на изгиб, вы можете найти нейтральную ось вдоль изгиба, вычислив K-фактор.
K-фактор — это константа, которая показывает отношение нейтральной оси к толщине материала:
K-фактор = t / Mt
K-фактор изменяется в зависимости от материала, толщины, радиуса изгиба, метода изгиба. Из-за всех этих специфических переменных трудно полностью точно рассчитать К-фактор, но он должен находиться в пределах 0,3-0,5 мм, а среднее значение составляет 0,4468 мм, которое используется для большинства процессов гибки.
В качестве ориентира вы можете использовать значения из таблице ниже:
| Общие К-факторы | Мягкие материалы (например, алюминий) | Средние материалы (например, сталь) | Твердые материалы (например, нержавеющая сталь) |
|---|---|---|---|
| Гибка в воздухе | |||
| 0 — Mt. | 0,33 | 0,38 | 0,40 |
| Mt — 3x Mt. | 0,40 | 0,43 | 0,45 |
| > 3x Mt. | 0,50 | 0,50 | 0,50 |
| Вдавливание | |||
| 0 — Mt. | 0,42 | 0,44 | 0,46 |
| Mt — 3x Mt. | 0,46 | 0,47 | 0,48 |
| > 3x Mt. | 0,50 | 0,50 | 0,50 |
| Штамповка | |||
| 0 — Mt. | 0,38 | 0,41 | 0,44 |
| Mt — 3x Mt. | 0,44 | 0,46 | 0,47 |
| > 3x Mt. | 0,50 | 0,50 | 0,50 |
Если вы хотите использовать более точный К-фактор, а не использовать эту таблицу, вам понадобится изготовление около 3-5 образцов для сбора некоторой информации, включая допуск на изгиб(BA), радиус изгиба(Ir) и толщину материала(Mt). Более подробную информацию о расчете К-фактора можно найти в этой статье.
Радиусы внутреннего изгиба должны быть не меньше толщины материала
При гибке листового металла невозможно создать полностью острый угол. Всегда будет небольшая кривая, которая называется радиусом изгиба.
Чтобы избежать деформации вокруг изгиба, детали должны быть спроектированы с внутренним радиусом изгиба того же размера или больше, чем толщина материала.
Используйте одинаковые радиусы с одинаковым изгибом, чтобы снизить затраты
Несогласованная ориентация изгиба и различные радиусы изгиба означают, что деталь нужно будет чаще переориентировать, что требует от разработчика больше времени.
Сохранение согласованности радиусов и ориентации изгиба уменьшит количество переориентаций деталей и следовательно, сэкономит время и средства.
Добавьте загибы, чтобы предотвратить разрыв и уменьшить упругость(напряжение)
Когда материал находится по обе стороны от изгиба, в этих областях может накапливаться напряжение, вызывая деформацию или разрыв материала. Рельефные надрезы или разгрузки при изгибе могут снять это напряжение, а также добавить жесткости и уменьшить количество естественного отталкивания листового металла при изгибе.
Чтобы добавить к вашему дизайну рельефный разрез, добавьте надрез с обеих сторон изгиба, который должен быть как минимум такой же ширины или больше толщины материала.
Убедитесь, что высота изгиба как минимум в два раза превышает толщину материала плюс радиус изгиба.
Изгибы с малой высотой сложнее формировать и размещать в листогибочном прессе, что может привести к деформации.
Процесс гибки листового металла | романовский справочник | сталь-штамп
Гибка листового металла осуществляется в результате упругопластической деформации, протекающей различно с каждой из сторон изгибаемой заготовки.
Слои металла внутри угла изгиба (со стороны пуансона) сжимаются и укорачиваются в продольном и растягиваются в поперечном направлении.
Наружные слои (со стороны матрицы) растягиваются и удлиняются в продольном и сжимаются в поперечном направлении. Между удлиненными и укороченными слоями (волокнами) находится нейтральный слой,
длина которого равна первоначальной длине заготовки. При гибке узких полос происходит сильное искажение поперечного сечения, заключающееся в уменьшении толщины в месте изгиба,
уширении внутри угла с образованием поперечной кривизны и сужении с наружной стороны (рис.49).
В результате утонения материала и искажения формы поперечного сечения нейтральный слой в месте изгиба не проходит посередине сечения, а смещается в сторону малого радиуса.
При гибке широких полос и листов также происходит утонение материала, но почти без искажения поперечного сечения, так как деформации в поперечном направлении противодействует сопротивление материала большой ширины.
Лишь по краям широких полос происходит деформация, аналогичная поперечной деформации узких полос.
В большинстве случаев гибка происходит при большой величине деформаций, когда в металле кроме продольных растягивающих и сжимающих напряжений образуются радиальные напряжения сжатия,
которые возникают в результате давления крайних слоев металла на внутренние и достигают наибольшей величины у нейтрального слоя.
На рис.50 приведены схемы напряженно-деформированного состояния при изгибе. При изгибе узких заготовок (рис.50,а) деформированное состояние — объемное,
так как поперечное сечение образца деформируется во всех трех направлениях.
Рис.50. Схемы напряженно-деформированного состояния при изгибе:
σ — напряжение; ε — деформации
По мере увеличения ширины изгибаемой заготовки поперечная деформация постепенно уменьшается и становится весьма малой в результате значительного сопротивления, оказываемого большой шириной заготовки (рис.50,б).
С целью упрощения при изгибе широких заготовок деформацией боковых поверхностей можно пренебречь и рассматривать деформацию всего сечения как деформацию сдвига.
Следует отличать гибку с малым радиусом закругления при большой степени пластической деформации от гибки с большим радиусом закругления при небольшой степени пластической деформации.
При гибке с малыми радиусами закруглений напряжения и деформации не сосредотачиваются под ребром пуансона, а распространяются на значительную длину заготовки между опорами.
В результате этого заготовка получает изгиб по параболической кривой, с постепенно увеличивающейся кривизной и уменьшением плеча изгиба.
Последовательность процесса угловой гибки приведена на рис.51. На всем протяжении процесса гибки заготовка имеет внутреннее закругление, которое больше радиуса пуансона,
причем при гибке происходит постепенное уменьшение радиуса кривизны и плеча изгиба (l1, l2, lk).
Заготовка постепенно уменьшающимся закруглением прилегает в двух точках к стенкам матрицы и с некоторого момента оказывается прижатой к пуансону в трех точках.
Только в конце хода, при калибрующем глухом ударе, заготовка прилегает к пуансону.
Опытами автора установлено, что полного прилегания заготовки к пуансону и в конце хода не получается, а между ними по оси пуансона остается зазор.
На рис.51,б приведена последовательность процесса двухугловой гибки скобы. Этот случай гибки значительно отличается от рассмотренного не только тем, что он требует обязательного применения прижима,
но и иной величиной изгибающего момента, так как в данном случае изгиб происходит с малым расстоянием между опорами. Большое значение имеет усилие прижима.
В левой части верхних схем показана последовательность гибки при недостаточной силе прижима, в результате чего деталь получается некачественной — недоштампованной.
В правой части схем показана последовательность гибки при достаточно большой силе прижима, обеспечивающей полный загиб полок при плоском дне.
На нижней схеме (рис.51,б) приведен более надежный способ гибки деталей средней толщины с глухим калибрующим ударом в нижнем положении.
Однако он требует применения материала с небольшим отклонением по толщине и запаса мощности пресса, во избежание заклинивания в нижней мертвой точке.
На рис.52 приведены диаграммы зависимости усилий гибки от глубины продвижения пуансона h для рассмотренных случаев гибки: угловой (рис.52,а) и двухугловой (рис.52,б).
По мере увеличения глубины h можно выделить три участка: I — упругого изгиба; II—пластического изгиба и III—участок калибровки, когда усилие резко возрастает.
Рис.52. Диаграммы усилия гибки:
Рг — усилие гибки, Рпр — усилие с прижимом в конце хода,
Ру — упругий изгиб, Рп — усилие пластического изгиба
Угловая гибка обычно производится с калибровкой материала, для чего требуется усилие Рк. Эта величина, равно как и положение точки К на кривой,
не поддается теоретическому расчету и устанавливается экспериментально (см. ниже).
На рис.52,б приведены две кривые изменения усилия: 1 — для двухугловой гибки скобы с прижимом и калибровкой (Рк).
Снижение усилия в конце пластического изгиба вызывается небольшим перемещением вниз загнутой скобы перед калибрующим ударом; 2 — для двухугловой гибки без прижима, но с калибровкой в конце хода (Р).
Прямая 3 соответствует усилию прижима, возрастающему по мере сжатия буфера.
Гибка без прижима применяется лишь для деталей невысокой точности (7-й класс), так как допускает смещение заготовки при гибке.
Гибка с прижимом применяется для деталей повышенной точности (5-й класс), так как не допускает смещения заготовки в процессе гибки.
Более высокая точность при гибке (3—4-й класс) достигается применением технологических баз и дополнительной фиксацией заготовки, а также за счет введения дополнительной калибровки.
Наряду с простыми гнутыми деталями типа угольника или скобы на производстве применяется большое количество сложно изогнутых деталей разнообразной формы, имеющих отверстия, пазы, отбортовки и т.п.
В мелкосерийном производстве их изготовляют за несколько отдельных операций на простых штампах. В крупносерийном и массовом производстве обычно применяют конструктивно сложные комбинированные гибочные штампы.
Гибка полиуретаном имеет свои технологические особенности. Они рассмотрены в пятом разделе.
Кроме способов гибки в штампах, на производстве применяется ряд других способов гибки листового металла, выполняемых на специальном оборудовании.
Распространенные области применения изделий из листового металла
Аэрокосмическая промышленность. Аэрокосмические инженеры использовали листовой металл для изготовления множества различных легких и готовых к работе деталей. Они создают конструкции для самолетов или космических кораблей из листовых материалов, включая алюминий и сталь, но также используют другие менее распространенные листовые материалы, такие как титан и вольфрам.
Возможность изготавливать большие детали с гладкими контурами делает листовой металл идеальным материалом для аэродинамических профилей и других аэродинамических применений.
Автомобильная промышленность. Листовой металл с самого начала был одним из материалов, открывавших возможности для производства автомобилей. Это связано с большими возможностями формования листов и возможностью изготавливать очень прочный каркас из такого тонкого материала.
Капот, крыло, боковые панели и крыша сделаны из листового металла, который был вырезан с помощью лазера и штамповки и сформирован в процессе штамповки. Рама и выпускная труба формируются в рулонах, а затем сгибаются в форму на трубогибочных станках с ЧПУ. Существует очень широкий спектр автомобильных компонентов, которым проложило путь изготовление листового металла.
Строительство. Металлическая кровля, гофрированный сайдинг, листовой металл 2×4 — все это становится очень распространенным и модным, когда дело доходит до строительства. Он не только хорошо выглядит, но и обладает огнестойкостью и имеет свойство отражать тепло.
Здравоохранение. Здравоохранение имеет множество уникальных ограничений и требований, когда дело доходит до выбора материала, где листовой металл может быть материалом для выбора во многих из этих случаев. Если используется МРТ, лучше всего подходят нержавеющая сталь и алюминий, на которые не действуют сильные магнитные поля.
Из листового металла можно изготавливать высокоточные инструменты, такие как сложные хирургические инструменты и скальпели. Дополнительным преимуществом является то, что некоторые из этих материалов химически инертны для человеческого организма и могут быть легко очищены и стерилизованы.
Бытовая техника. Просто прогуляйтесь по отделению бытовой техники в ближайшем хозяйственном магазине, и трудно не заметить, что почти каждое устройство заключено в листовой металл. В последнее время в моде бытовая техника из нержавеющей стали с матовой поверхностью, а алюминий и сталь с порошковым покрытием были популярны с момента зарождения техники.
Хотя дело не только в корпусе. Загляните внутрь осушителя и увидите, что барабан также полностью сделан из листового металла или в системе охлаждения есть медные капиллярные трубки из листового металла. Листовой металл оказал значительное влияние почти на все отрасли промышленности.
Сравнение отделки листового металла
| Вид обработки | Описание | Плюсы | Минусы | Удорожание готового изделия | Применение |
| Дробеструйная обработка, пескоструйная обработка | Обработка стеклянными шариками или другими абразивами по детали на высокой скорости, что приводит к однородной матовой или атласной поверхности. |
|
| 5% | Используется в основном для визуальных целей и для подготовки поверхностей к другим покрытиям. Выпускается в нескольких вариантах зернистости, что указывает на размер бомбардирующих гранул. Можно совмещать с анодированием. |
| Порошковое покрытие | Порошковое покрытие добавляет тонкий слой защитного полимера на поверхность детали. |
|
| 15% | Все металлы. Как декоративный, так и защитный, может сочетаться с дробеструйной обработкой. |
| Анодирование | Это электрохимический процесс нанесения стабильного оксидного покрытия на материал, обычно алюминий. |
|
| 20% | Может использоваться на алюминии, титане, цинке и магнии для повышения коррозионной стойкости и визуальной привлекательности. |
| Хроматное конверсионное покрытие | Этот процесс, известный также как алодин или химическая пленка, погружает детали в химическую ванну до тех пор, пока не образуется покрытие. |
|
| 10% | Лучше всего подходит для функциональных частей, не предназначенных для декоративного использования. |
| Чистка | Браширование производится путем полировки металла абразивом, в результате чего получается однонаправленная атласная отделка. |
| 5% | Очистка кистью в основном используется в эстетических целях и может использоваться для скрытия дефектов обработки деталей, обращенных к покупателю. | |
| Браширование электрополировка | Детали очищаются щеткой, а затем проходят процесс электрополировки — электрохимический процесс, используемый для полировки, пассивации и удаления заусенцев с металлических деталей. |
|
| 15% | Лучше всего подходит для деталей, которые должны быть гладкими на микроскопическом уровне. Подходит для большинства металлов, но в основном используется для нержавеющих сталей. |
