Мастерство формовки листового металла: техники и применение

Что такое формовка листового металла?

Формовка листового металла (sheet metal forming), иначе — металлообработка или производство, — техника, где листовый металл сваривается, обжигается, режется или обрабатывается в пригодный компонент. Главная цель — сместить или согнуть металл для получения желаемой формы без ущерба прочности или консистентности продукта.

Листовой металл — металл, сформированный в малые гладкие детали промышленным процессом. Одна из базовых форм в металлообработке. Лист можно резать и гнуть в множество форм. Несчетные бытовые изделия из листового металла. Толщины сильно различаются: фольга/лист — сверхтонкие листы, детали >6 мм (0,25 дюйма) — листовая сталь или «конструкционная сталь».

Применение формовки листового металла

Листовой металл поставляется в плоских листах или рулонах. Непрерывный лист через рассекательный станок дает рулоны. Толщина везде в мм. В США — нелинейная шкала gauge: больше номер — тоньше сплав. Частый диапазон стали: 30–7 gauge. Железо (ферродистые) и цветные металлы (алюминий, медь) варьируются по gauge. Толщина меди — в унциях, отражающих вес меди на 1 кв. фут. Для идеальной работы детали должны иметь стандартизированную толщину.

Различные металлы для листового металла: алюминий, латунь, медь, бронза, олово, никель, титан. Важные листы: серебро для косметики.

Появление формовки листового металла

Для декора рукотворные листы использовались с древних времен. В конце 17 в. водяные прокатные станки заменили ручной труд. Нужны были крупные вращающиеся чугунные цилиндры для прессовки металла в листы. Идеальные металлы: свинец, медь, цинк.

Листовый металл для черепицы, штампованных потолков, фасадов возник в США в 1870-х. Потолки называли «олово» (tin ceilings) позже — термин не использовали производители. Массовое производство стимулировало успех черепицы и потолков.

Перспектива дешевизны, прочности, легкого монтажа, легкого веса, негорючести, с развитием стального листового металла в 1890-х дала среднему классу большой спрос. В 1930-х и WWII отрасль ушла — металлы стали дефицитны. Некоторые американские компании (W.F. Norman) выжили, производя другое, до возрождения декоративного листового металла через программы исторической реставрации.

Отрасли, выигрывающие от формовки листового металла

Несколько секторов: автопром — сварка крыльев, капотов, дверей. Бытовая техника — морозильники, капота, раковины.

Процессы формовки: спиннинг (spin shaping) — металлический диск формирует точную форму при сверхвысокой скорости вращения. Гибование — мощные силы гнут металл в желаемую форму. Рулонная формовка (roll forming) — серия рулонных станций катит металл в разные позиции и формы. Каждая станция катит свой участок для общей формы.

Холодная формовка — процесс ниже температуры рекристаллизации. Типичные прессование и экструзия (болты, гайки, заклёпки) включают эти процессы, также: ковка, холодная нарезка резьбы, резьбокачение, прокатывание (проволока, трубы, профили).

Горячая сварка/формовка — выше температуры рекристаллизации. Горячая ковка в замкнутых матрицах, вспомогательные процессы (нагрев/охлаждение, резка), процессы деформации (апсеттинг, гибование, ковальная прокатка, поперечная ковка) и экструзия — стандартные методы.

Формовка металлического листа и формовка листового металла

Техники процесса формовки листового металла:

● Открытая ковка матрицы (Open Forging of Die)

Процессы формовки повторным локальным формованием геометрически простыми матрицами, смещающимися относительно заготовки — форма заготовки меняется постепенно (шаг за шагом). Включает: коггинг (cogging), радиальную ковку, вращательную свайджинк, оболочковую ковку, частичную вращательную ковку.

● Прокатка (Moving Rolling)

Процессы формовки между двумя и более вращающимися матрицами (валиками). Примеры: плоская и профильная прокатка, кручение, потоковая формовка, редукционная прокатка.

● Кольцевая прокатка (Moving Loop Ring)

Специальная методология для гладких колец с подметодами: радиальная кольцевая прокатка, радиально-осевая кольцевая прокатка, осевая прокатка в замкнутых матрицах.

Обработка листового металла

Методы кратковременного использования металлических заготовок (в основном стальные). В кузовах авто/грузовиков, фюзеляжах/крыльях самолетов, операционных столах, кровле (архитектура) — листовый металл. Железный лист и высокомагнитопроницаемые материалы (ламинированные стальные сердечники) — в трансформаторах и электроустройствах. Исторически — в конной лате и бронежилетах, декоративные применения (седла). Термин «tin bashers» (оловянщики) — от забивки швов панелей при кровеле из олова.