Распространенные дефекты листового металла и проверенные решения по процессам фабрикации

Фабрикация листового металла — один из самых популярных процессов для создания прототипов и серийных деталей. Она помогает создавать множество долговечных деталей: от малосерийных прототипов до крупносерийных производственных деталей. Процесс широко используется в различных отраслях: авто, аэро, строительство.

Существует много типов процессов листового металла, но у каждого может быть свой уникальный набор дефектов. В этом посте рассмотрим наиболее частые дефекты листового металла и их решения в разных процессах.

Что такое процессы фабрикации листового металла?

Процессы фабрикации листового металла — те, что изменяют исходную форму листа для производства вытянутой детали желаемой толщины. Их можно разделить на три основные категории:

Резка

Процессы резки листового металла можно подразделить на те, что используют сдвиговые силы (шарование, пробивка, высечение) и те, что не используют (лазерная резка, плазменная, водяная).

Формовка

В процессе формовки металлический лист гнется в желаемую форму. Методы: воздушная гибка, калибровка, ролловая прокатка.

Соединение

Процесс сборки разных компонентов листового металла для получения желаемого продукта. Процессы: сварка, пайка, заклепка, Болтовое соединение, и самый частый — швов соединения.

Как и в любом производстве, в результирующих продуктах могут возникнуть дефекты, влияющие на продуктивность, качество и характеристики. Вот некоторые частые дефекты в процессах фабрикации листового металла и как их преодолеть.

Дефекты резки/шарования листового металла и решения

Резка листового металла — приложение значительной силы к листу, вызывающая его разлом на части. Частый метод — шарование: сила сдвига больше предельной прочности материала на сдвиг, вызывая отказ и разделение в этом месте.

Частые дефекты:

1. Заусенцы и деформированные края

Заусенцы — острые, неровные куски металла, остающиеся на заготовке после шарования. Возникают из-за затупленных лезвий или неправильного их позиционирования. Слишком большой зазор между лезвиями заставляет их рвать вместо сдвига, а слишком маленький — не позволяет пройти сквозь материал, образуя заусенцы.

Аналогично, деформированные края образуются из-за неисправного давления зажимов, помимо неправильного позиционирования лезвий.

Для предотвращения можно обратиться к руководству шаровального станка для получения правильного зазора и давления зажима в зависимости от типа и толщины материала.

2. Искривление (Twisting)

После завершения шарования металл может испытать скручивание вдоль своей оси. Причина — резка слишком узких полос или использование неверного угла наклона лезвий. Можно избежать, регулируя угол наклона в зависимости от свойств листового металла, геометрии и параметров резки.

3. Изгиб (Cambering)

Изгиб наблюдается, когда заготовка имеет варьирующуюся толщину по ширине. Происходит, когда она движется горизонтально, но без скручивания или подъема по краям. Результат — вогнутый, выпуклый или треугольный металл. Дефект можно минимизировать на ранней стадии сменой направления зерен металла и изменением угла наклона.

4. Излучение (Bowing)

Излучение — когда края слегка поднимаются от плоскости из-за неправильного шарования. Часто в длинных, узких, тонких листах. Для преодоления угол наклона нужно уменьшить максимально, а листовый металл держать с тыловой опорой.

Дефекты штамповки листового металла и решения

Процесс штамповки листового металла — холодный формовочный процесс, где матрица на пресс-станке пробивает отпечаток на металлической заготовке, вызывая пластическую деформацию. Может сопровождаться другими формовочными инструментами для получения готовой детали или как промежуточный шаг.

1. Разрывы (Splits)

Иногда когда металлические слои толкаются за пределы их формообразуемости, они начинают тониться, пока плоский слой не рвется вдоль слабейшей области. Такие дефекты известны как «уздение» (necking) или «разрыв» (splitting) в штамповке.

Чтобы этого не было, нужно использовать программное обеспечение для симуляции формовки для анализа листа до операции. Кроме того, изучение радиуса формы, глубины, типа и толщины материала, термической обработки также помогает избежать дефектов.

2. Морщины (Wrinkles)

Когда компрессионные нагрузки от оборудования давит лист на себя, линейная сила сдавивается внутрь до получения морщинистого фланца и повреждения внутренней геометрии.

Такие дефекты можно противодействовать растяжением или вытягиванием листов вместо формовки. Более того, вытягивающие бусины (draw beads), держатели (draw binders) и подушки можно использовать при сложном геометрическом профиле листа. Вытягивающие бусины помогают контролировать поток металла в полость матрицы.

3. Обратная упругая деформация (Springback)

Когда радиус гибки падает ниже заданного значения, накладываемого гибковым оборудованием, желаемая форма не достигается. Это известно как springback, или отклонение конечной детали из-за некорректного процесса.

Для исправления включают перегиб или компенсацию. Однако это не устраняет ошибку упругой деформации, увеличивая жесткость детали за счет позитивного растяжения.

Дефекты гибки листового металла и решения

Гибка листового металла — важный процесс из-за способности создавать разные геометрии деталей без инструментов, быстрых лид-таймов, высокой повторяемости и автоматизации. Позволяет производить изделия из одного куска металла, используя пластическую деформацию, вместо множества деталей, соединенных сваркой или заклепкой, что снижает затраты, улучшает прочность и упрощает сборку.

1. Трещины в углу гибки

Две основные причины трещин в вытянутой детали — плохая ковкость металла и очень малый радиус гибки.

Для избежания используйте более мягкие металлы или увеличьте их ковкость нагревом и медленным охлаждением.

2. Нестабильный угол гибки

Первопричины — недостаточное давление материала и неравномерное давление гибки, вызывающее неравномерное компрессионное выкручивание. Асимметричный фасковый радиус выпуклово-вогнутой матрицы также может способствовать.

Для решения увеличьте силу поддомкрачивания и выровняйте зазор в фасковом радиусе выпуклово-вогнутой матрицы.

3. Деформация отверстия

Расположение отверстия может деформироваться трением между поверхностью вогнутой матрицы и внешней поверхностью во время гибки.

Такие дефекты решаются повышением давления выталкивающей пластины или добавлением твердой точки на этой пластине для увеличения трения между упомянутыми поверхностями, чтобы они не скользили.

4. Неровное дно вогнутой детали

Такие дефекты обычно вызваны использованием выталкивающего устройства из-за недостаточной силы или неравномерного материала.

Поэтому убедитесь, что выталкивающее устройство установлено на правильную силу или удалено совсем, и материал равномерно выровнен перед началом гибки.

5. Нераллельная гибка к центру отверстий

Дефект вызван высотой гибки меньше минимального предела высоты гибки, что заставляет кривую расширяться и искажаться.

Простое повышение высоты гибаемой детали или материала решает такие дефекты.

Дефекты сварки листового металла и решения

Сварка часто используется для соединения двух или более кусков листового металла. Будь то MIG (газометаллическая дуговая сварка), TIG (газовольфрамовая дуговая сварка), дуговая сварка с покрытым электродом (SMAW) или дуговая сварка с порошковой проволокой (FCAW), несколько дефектов могут возникнуть, если не используется правильная техника.

Частые дефекты в процессе сварки листового металла:

1. Брызги (Spatter)

Брызги возникают, когда капли расплавленного материала образуются рядом с сварочной дугой. Обычно причина — высокие токи, неправильная полярность или недостаточное газовое экранирование.

Для избежания уменьшите ток и длину дуги и увеличьте угол горелки к пластине. Очистка газовой сопловой тоже помогает.

2. Пористость (Porosity)

Эти дефекты возникают, когда водород, азот и кислород поглощаются в расплавленной сварочной ванне. При затвердевании они застревают в шве. Жир, влага, краска, ржавчина тоже вызывают пористость.

Для предотвращения убедитесь, что края пластин чисты и сухи, используйте свежие сварочные материалы, проверьте горелку на утечки.

3. Подрез (Undercut)

Подрез возникает при высоких напряжениях или длинных дугах. Использование неправильного электрода или слишком крупного относительно толщины, а также высокая скорость движения горелки тоже вызывают проблему.

Такие дефекты можно предотвратить, используя электрод правильного размера, двигая горелку медленно и избегая удержания вертикальной пластины при горизонтальном угловом шве.

4. Трещины (Cracks)

Трещины могут образовываться на шве, когда внутренние напряжения превышают прочность шва или основного металла (или обоих). Они могут распространяться со временем, поэтому нужно решать немедленно.

Эти дефекты можно избежать тщательной очисткой, наждачиванием, шлифовкой и снятием заусенцев с краев металлических пластин, чтобы они хорошо стыковались. Обеспечение правильной температуры при повторном нагреве обеих сторон стыка тоже помогает.

Другие частые дефекты на поверхностях листового металла

Помимо формовочных процессов, другие частые дефекты могут возникнуть при производстве.

Например, царапины на поверхности, загрязнения, вмятины, пористость (pinholes). Также неравномерность может возникнуть из-за высоких растягивающих напряжений или компрессионного выкручивания при фабрикации.

Иногда контроль этих дефектов сложен и часто требует особого внимания в процессе.

Беспокоитесь о дефектах листового металла? WayKen здесь для вас

В заключение, очевидно, что листовый металл играет жизненно важную роль в производстве благодаря способности проходить через множество процессов. Несколько дефектов могут встретиться при работе с ним, влияя на его полезность. Через эту статью, если вы, вероятно, знаете базовые знания о дефектах листового металла, теперь позвольте профессиональному сервису заняться остальным!

В WayKen мы специализируемся на быстром прототипировании и различных процессах фабрикации листового металла: резке, штамповке, гибке и сварке. Также предлагаем топ-инженерную поддержку клиентам. Наша команда экспертов имеет более 20 лет опыта в производстве и контроле качества, так что вы можете быть уверены, что ваш проект будет выполнен правильно. Начните сегодня и получите котировку в течение 12 часов!

FAQ

В чем разница между металлической фольгой, листом и пластиной?

Если толщина металлического куска меньше 0,2 мм (0,0079″), это фольга. Если толщина между 0,2 мм и 6 мм (0,25″), это лист. Если больше 6 мм (0,25″) — пластина.

Что такое дефекты листового металла?

Дефекты листового металла — несовершенства, возникающие в производственном процессе. Могут быть вызваны разными факторами: неправильный выбор материала, плохое оснащение, неправильные операционные процедуры.

Обычно ли перерабатывают бракованные детали из листового металла?

Переработка бракованных деталей — обычное явление во многих отраслях. Причины разные: неверные размеры, поврежденный материал, плохой контроль качества. В большинстве случаев дешевле и быстрее переработать деталь, чем заменить её полностью.