Лучшие методы формовки листового металла для современного инженерии

Листовой металл — один из самых важных материалов, используемых почти во всех сферах, окружающих нас сегодня. Существует множество типов с разными свойствами, что делает процессы формовки и области применения крайне широкими. Листовый металл встречается в кузовах автомобилей и грузовиков, медицинских столах, фюзеляжах и крыльях самолетов, кровле зданий (архитектура) и во множестве других применений.

Выбор конкретного процесса формовки зависит от требуемого результата. Многие из описанных ниже методов дают схожие результаты, но их стоимость может различаться в зависимости от размера партии, доступности оборудования и необходимой точности.

Сегодня мы подробно рассмотрим различные методы процессов формовки листового металла и способы их выполнения.

Процессы формовки листового металла

Хотя существует множество услуг по металлообработке, ключевое значение имеет поиск оптимального решения для ваших задач с сохранением стоимостной эффективности. Вся информация ниже призвана помочь вам в этом.

Гибка (Bending)

Гибка достигается, когда листовый металл деформируется до нужной формы под действием напряжений гибки. Пластическая деформация предотвращает восстановление исходной формы.

Гибку можно выполнить с V-матрицей (V-гибка) — это наиболее распространенный метод, дающий желаемую форму при использовании с прессом. Применяется для создания фланцев и гофрирования. Другой популярный метод — краевая гибка с вытирающей матрицей и прессом.

Прокатка (Rolling)

Этот процесс формовки листового металла выполняется для уменьшения общей толщины листа и достижения большей однородности. Материал пропускают через набор вальцов в зависимости от температуры (горячая или холодная прокатка). При горячей прокатке температура для стали составляет около 1400 °F (760 °C), что позволяет получить толщину от 1/16 до 5/16 дюйма. Холодная прокатка выполняется при комнатной температуре; затем лист может подвергаться кислотной мойке и термической обработке для улучшения отделочного покрытия.

Этот процесс также применяется для получения кривизн с большим радиусом вместо использования прессов для гибки. Позволяет достичь большой равномерной кривизны без необходимости непрерывной ручной работы.

Декамерирование (Decambering)

Декамерирование — удаление камера (продольного изгиба) с листового металла. При выпрямлении полосовидных деталей в листы возникает горизонтальный изгиб. Он устраняется выпрямлением краев для среза камера. Сила приложена к деформированным краям, а не к лицу, чтобы выпрямить их. Обычно выполняется на участках ограниченной длины.

Пробивка (Punching)

Очень распространенная техника для создания отверстий в листовом металле. Состоит из пробивного и матрицы с очень маленьким зазором между ними. При сближении пробивного и матрицы материал сдавливается между ними, и при достаточной силе отверстие вырезается. Процесс относительно недорог при больших объемах и способен пробивать отверстия как в полосах, так и в листах.

Можно делать отверстия разных размеров, но рекомендуется, чтобы диаметр отверстия превышал толщину материала. Для прочных сплавов диаметр и толщина пробиваемого материала должны отличаться.

Глубокая вытяжка (Deep drawing)

Процесс формовки, при котором форма листа меняется на желаемую в несколько этапов с рядом матриц. Глубокая вытяжка считается такой, если глубина сформированной формы превышает исходный диаметр листа. Преимущественно используется для крупносерийного производства при преобразовании листов в различные формы: раковины, баки, автомобильные детали и др.

Расширение (Expanding)

Расширение — когда лист металла пропускают через перфорирующий объект, который режет и растягивает лист в узор. Часто используется ромбовидная сетка, обеспечивающая структурные преимущества. Применяется для производства заборов, платформ, переходников, решеток и др. Процесс дает самосточную и прочную продукцию, способную выдерживать расчетные нагрузки. Изделия после расширения часто встречаются там, где нужен проход воздуха или жидкости, но задерживаются крупные частицы (например, сито).

Кручение (Curling)

Метод кручения применяется для формирования краевого кольца на листовом металле. Также используется для удаления острых краев и увеличения момента инерции вблизи скрученного конца.

Существует разница между обычным скрученным краем и краем в форме слезы (tear-shaped hem). При кручении начальный край сворачивается в круг, тогда как при слезе начальный край остается открытым.

Кручение классифицируют на off-center и on-center. При off-center центр находится выше уровня листа, при on-center — на том же уровне, что и лист металла.

Вилкование / Английское колесо (Wheeling)

В этом процессе используется английское колесо для растяжения и изгиба плоских листов металла в требуемые формы. Метод требует высококвалифицированной рабочей силы, что делает его дорогим. Не подходит для массового производства, в основном используется для малосерийных уникальных деталей. Применяется для изготовления деталей листового металла для прототипов самолетов и автомобилей. Выполняется поэтапно, и на каждом этапе оператор сравнивает форму детали с эталоном.

Гидроформование (Hydro-forming)

Передовый способ формовки листового металла в желаемые формы (включая сложные). Металл помещают на матрицу, и высокого давления жидкость формирует лист. Преимущества: создание сложных деталей за короткое время, низкая трудоемкость, совместимость почти со всеми материалами (нержавейка, латунь, углеродистая сталь и др.).

Железирование (Ironing)

Процесс, применяемый когда необходимо уменьшить толщину листа в определенных зонах. Помогает производителям получить равномерную толщину стенок при глубокой вытяжке. Часто используется при производстве алюминиевых консервных банок: стенки банки должны быть сдроблены до заданной толщины. Требуется 2–3 операции железирования с разными матрицами. Выполняется в комбинации с глубокой вытяжкой.

Лазерная резка (Laser cutting)

Когда речь идет о резке в формовке листового металла, часто используют лазер. В большинстве случаев применяются ЧПУ-станки для резки специфических форм. Процесс точен, отделочное покрытие экстремально гладкое. Лазерная резка обеспечивает гибкость — одно из главных преимуществ. Также возможно разрезать листы на экстремально сложные детали при необходимости.

Фотохимическая обработка (Photo-chemical machining)

Процесс контролируемой коррозии деталей из листового металла по требованию. Использует травящий раствор и фоторезист для придания формы. Метод разработан в 1960-х, сегодня это сравнительно недорогой способ. Преимущества: можно резать любой металл, идеален для массового производства. Как и лазерная резка, фотохимическая обработка крайне точна и дает гладкую поверхность. Применяется для изготовления мелких сеток, апертур, гибких нагревательных элементов, металлических прокладок, электрических контактов и ювелирных изделий.

Гибка на прессовом гибочном станке (Press brake forming)

Прессовой гибочный станок заставляет длинный лист металла согнуться вокруг прямой оси, проходящей через материал. Операция может показаться простой, но точная гибка — сложная задача.

Свойства материала, параметры пресса и оснастка учитываются для компенсации обратной пружинистости (spring-back). Прессовая гибка идеально подходит для мелких деталей, что делает ее пригодной как для малых, так и для крупных изделий.

Инкрементная формовка (Incremental forming)

Металлообрабатывающий процесс для придания листовому металлу определенной формы. Пригоден только для малых объемов, так как продукт формируется инкрементными шагами. Изменения в изделие можно вносить быстро и без лишних хлопот. Метод более гибкий. Дает результаты, похожие на глубокую вытяжку, делая пробивные и матрицы менее критичными.

На этом всё по статье «Процессы формовки листового металла». Надеемся, чтение было полезным — оставляйте комментарии и делитесь с коллегами!