Što su metalni dijelovi za crtanje na savijanje?

Dijelovi za crtanje savijanja metala su limene komponente proizvedene kombinacijom dva procesa hladnog oblikovanja—savijanja i dubokog izvlačenja—za stvaranje trodimenzionalnih dijelova s preciznim kutnim značajkama, zakrivljenim stijenkama i šupljim profilima od ravnog metalnog lima. Savijanje deformira metal duž ravne osi kako bi se stvorili kutovi, prirubnice i kanali, dok izvlačenje povlači lim preko matrice kako bi se oblikovale čaše, kutije i zatvoreni oblici s dubinom . Rezultirajući dijelovi zadržavaju strukturni integritet izvornog metala dok postižu složene geometrije koje bi bilo nepraktično ili neekonomično proizvoditi strojnom obradom od čvrstog materijala.

Ovi su dijelovi temeljni za modernu proizvodnju u automobilskoj, zrakoplovnoj, elektroničkoj, građevinskoj industriji i industriji robe široke potrošnje. Jedna karoserija vozila, na primjer, sadrži stotine metalnih dijelova za savijanje i crtanje - od panela vrata i krovnih nosača do sklopova nosača i školjki spremnika za gorivo. Razumijevanje što su ti dijelovi, kako se izrađuju i što upravlja njihovom kvalitetom ključno je znanje za inženjere, stručnjake za nabavu i proizvođače koji rade s komponentama od lima.

Dijelovi za savijanje: definicija, proces i geometrija

Metalni dijelovi za savijanje proizvode se primjenom sile na ravnu metalnu površinu duž definirane osi, uzrokujući plastičnu deformaciju koja stvara trajni kut ili krivulju. Proces ne uklanja materijal; redistribuira ga kroz kontrolirano plastično naprezanje. Vanjska površina zavoja je pod pritiskom dok je unutarnja površina pod pritiskom, a neutralna os - ravnina koja ne doživljava ni napetost ni pritisak - leži na približno trećina do polovica debljine materijala od unutarnje površine , ovisno o radijusu savijanja i svojstvima materijala.

Primarne metode savijanja

U industrijskoj proizvodnji koristi se nekoliko različitih postupaka savijanja, od kojih svaki odgovara različitim geometrijama dijelova, debljinama materijala i obujmu proizvodnje:

• V-savijanje (zračno savijanje i dno) — Najčešći proces; bušilica utiskuje metalni lim u matricu u obliku slova V. Zračno savijanje se zaustavlja prije nego što bušotina padne van, koristeći povratni kut za postizanje ciljanog kuta; dno tjera proboj u kontakt s matricom, kovanica materijala za veću točnost (±0,5° tipično za dno u odnosu na ±1° do ±2° za zračno savijanje).
• U-savijanje — Stvara dijelove u obliku kanala ili U-profila u jednom potezu koristeći odgovarajući par probijača i matrice. Uobičajeno za strukturne kanale, police za kabele i okvire kućišta.
• Savijanje valjka — Tri valjka postupno deformiraju lim ili ploču kako bi se proizveli zakrivljeni dijelovi s velikim polumjerima, kao što su cilindrične ljuske, stožasti dijelovi i zakrivljeni strukturni elementi.
• Wipe savijanje (savijanje rubova) — List se steže i matrica za brisanje presavija jedan rub, stvarajući prirubnice i povratne usne. Obično se koristi na prešama za oblikovanje kutija i posuda.
• Rotacijsko savijanje — Rotirajuća matrica kotrlja se preko površine lista kako bi proizvela zavoje s minimalnim površinskim oznakama, što je poželjno za gotove ili kozmetički osjetljive materijale.

Minimalni radijus savijanja i opruga

Dva kritična parametra određuju izvedivost i točnost svakog savijenog dijela. Minimalni radijus savijanja je najmanji radijus do kojeg se materijal može saviti bez pucanja na vanjskoj vlačnoj površini; tipično se izražava kao višekratnik debljine materijala (t). Na primjer, meki čelik (niskougljični) obično ima minimalni polumjer savijanja od 0,5t do 1t , dok aluminijske legure visoke čvrstoće mogu zahtijevati 3t do 5t minimalni radijus prije pojave pukotina.

Opružni povrat je elastični oporavak koji se događa kada se sila savijanja otpusti, uzrokujući da se dio malo otvori od predviđenog kuta. Veličina opruge raste s granicom tečenja materijala i smanjuje se s manjim radijusima savijanja. Procesni inženjeri to kompenziraju prekomjernim savijanjem (koristeći kut matrice 2° do 5° čvršći od ciljnog kuta) ili korištenjem operacija dna i kovanja koje minimiziraju elastični oporavak kroz plastično naprezanje kroz debljinu.

Crtanje dijelova: definicija, proces i mogućnost dubine

Dijelovi za izvlačenje - točnije, dijelovi za duboko izvlačenje - proizvode se utiskivanjem ravnog metalnog obrasca u šupljinu matrice pomoću probijača, formirajući šuplji trodimenzionalni oblik sa zatvorenim dnom i otvorenim vrhom. Proces povlači materijal prirubnice prema unutra i prema dolje u matricu, lagano stanjujući stijenke i podebljavajući prirubnicu dok metal teče. Crtanje je proces oblikovanja iza limenki za piće, posuđa za kuhanje, automobilskih spremnika goriva, kućišta medicinskih uređaja i tisuća drugih šupljih metalnih komponenti proizvedenih u velikim količinama.

Slijed procesa dubokog izvlačenja

Kompletna operacija dubokog izvlačenja uključuje sljedeći redoslijed:

1. Prazna priprema — Kružni ili oblikovani proizvod izrezan je iz lima. Promjer slijepog dijela izračunava se na temelju ciljane geometrije izvučenog dijela i ograničenja omjera izvlačenja materijala.
2. Prazno držanje — Držač blanka (pritisni jastučić) steže prirubnicu blanka na lice matrice kontroliranim pritiskom, sprječavajući naboranje materijala prirubnice dok se povlači prema unutra.
3. Punch silazak — Probijač se spušta, pritišćući središnje područje ureznika u šupljinu matrice. Materijal prirubnice teče prema unutra pod napetosti, tvoreći stijenku čaše.
4. Izbacivanje dijela — Izvučeni dio se izbacuje iz matrice pomoću klinova za izbijanje ili izbacivanja zraka.
5. Ponovno crtanje (ako je potrebno) — Ako zahtijevani omjer dubine i promjera premašuje ono što se može postići jednim izvlačenjem, dio se podvrgava jednoj ili više operacija ponovnog crtanja, pri čemu svaka smanjuje promjer i postupno povećava dubinu.

Omjer izvlačenja i granice oblikovanja

Ograničavajući omjer izvlačenja (LDR) je maksimalni omjer promjera uzorka i promjera probijanja koji se može postići u jednoj operaciji izvlačenja bez kidanja dijela. Za većinu čelika s niskim udjelom ugljika, LDR je približno 2,0 do 2,2 , što znači da se komad do 2,2 puta veći od promjera bušilice može uvući u šalicu u jednoj radnji. Aluminijske legure obično imaju LDR od 1,8 do 2,0 , dok se nehrđajući čelik kreće od 1,8 do 2,1 ovisno o razredu. Dijelovi koji zahtijevaju omjere dubine i promjera koji premašuju LDR za jedno izvlačenje proizvode se u više faza izvlačenja sa srednjim žarenjem ako otvrdnjavanje postane ograničavajuće.

Materijali koji se koriste u dijelovima za savijanje i crtanje metala

Odabir materijala za dijelove za savijanje i izvlačenje zahtijeva ravnotežu oblikovanja (sposobnost podvrgavanja potrebnim deformacijama bez pucanja ili bora), čvrstoću gotovog dijela, otpornost na koroziju i cijenu. Sljedeći materijali predstavljaju većinu obujma proizvodnje u svim industrijama:

Alati za savijanje i izvlačenje: matrice, probojci i preše

Sustav alata - matrice i probijači - središnja je odrednica kvalitete dijelova i ekonomičnosti proizvodnje u operacijama savijanja i izvlačenja. Dizajn alata mora istovremeno uzeti u obzir opružni povrat materijala, silu držača matrice, zazor matrice, polumjer kuta proboja i strategiju podmazivanja.

Alat za savijanje

Alati za prešu za savijanje sastoje se od bušilice (gornji alat) i matrice (donji alat) montiranih u stroju za prešu. Standardni sustavi alata u europskom stilu (kompatibilni s Wila/Trumpf) koriste modularne segmente za bušenje i matrice koji se mogu konfigurirati za različite duljine dijelova i profile bez namjenskog prilagođenog alata—značajno smanjujući troškove postavljanja za kratku seriju ili proizvodnju prototipa. Za progresivno savijanje kalupa velikog volumena, poseban alat od kaljenog alatnog čelika specificiran je za svaku geometriju dijela, s tipičnom tvrdoćom alatnog čelika od 58–62 HRC za radne površine otporne na trošenje tijekom milijuna ciklusa.

Alati za crtanje

Matrice za duboko izvlačenje sastoje se od bušilice, prstena matrice i držača za slijepo, s preciznim razmakom između bušilice i matrice (obično 10% do 15% veća od debljine materijala za operacije s jednim izvlačenjem) kako bi se omogućio protok metala bez pretjeranog stanjivanja. Radijusi kutova matrice su kritični: premali polumjer matrice kida dio na ulazu matrice; prevelik radijus omogućuje nabiranje. Radijusi kalupa za čelik obično se kreću od 4t do 10t (četiri do deset puta debljine materijala), s većim radijusima koji se koriste za plića izvlačenja i manjim radijusima za strožu kontrolu geometrije u dubljim dijelovima.

Pritisnite Odabir

Operacije savijanja koriste preše (hidraulične, servo-električne ili mehaničke) s tonažom usklađenom s debljinom materijala i duljinom savijanja. Uobičajeno pravilo za V-savijanje mekog čelika zahtijeva približno 8 tona sile po metru dužine savijanja po milimetru debljine materijala . Operacije izvlačenja koriste hidrauličke preše s jednostrukim ili dvostrukim djelovanjem gdje unutarnji klizač pokreće probijač, a vanjski klizač neovisno kontrolira silu držača slijepog dijela - sposobnost koja je bitna za dosljednu kontrolu prirubnice u dubokom izvlačenju.

Ključni parametri kvalitete i metode mjerenja

Točnost dimenzija, cjelovitost površine i zadržavanje svojstava materijala tri su primarne domene kvalitete za dijelove za savijanje i crtanje metala. Svaki je reguliran posebnim metodama mjerenja i kriterijima prihvatljivosti definiranim u tehničkim nacrtima i primjenjivim standardima.

Tolerancije dimenzija

Tolerancije kutova za savijene dijelove ovise o procesu: savijanje zraka obično se postiže ±1° do ±2° , dok dno i kovanje postižu ±0,5° ili bolje . Na linearne dimenzije na savijenim dijelovima utječe opruga i obično se drže ±0,5 mm za opće industrijske dijelove i ±0,1 do ±0,2 mm za precizne sklopove koji zahtijevaju blisko uklapanje. Kod duboko izvučenih dijelova mjere se varijacije debljine stijenke (obično je prihvatljivo ±10% nominalne debljine stijenke), ravnost prirubnice i ukupna postojanost visine.

Kvaliteta površine

Prihvatljiva kvaliteta površine za dijelove za savijanje i izvlačenje definirana je nepostojanjem specifičnih nedostataka:

• Pukotine na polumjerima savijanja — ukazuje na nedovoljan radijus savijanja u odnosu na duktilnost materijala ili prekomjerno otvrdnuće; pregledan vizualno i ispitivanjem penetrantom boje na kritičnim komponentama
• boranje — kompresijske bore u prirubnici ili stijenci izvučenih dijelova; uzrokovano nedovoljnom silom držača slepca; ocjenjivati u odnosu na vizualne standarde ili površinsku profilometriju
• Trganje — lom na radijusu izbijanja ili ulasku matrice u izvučene dijelove; uzrokovano prevelikim omjerom izvlačenja, nedovoljnim podmazivanjem ili netočnim radijusom matrice
• Narančina kora — gruba tekstura površine uzrokovana velikom veličinom zrna u početnom materijalu; kontrolirano kroz specifikaciju materijala i provjereno prema standardima hrapavosti površine (Ra vrijednosti)
• Galling i bodovanje — tragovi alata od prianjanja metala na alat ili krhotina; kontrolirano upravljanjem podmazivanjem i održavanjem završne površine matrice

Mjerenje debljine stijenke

Stanjenje stijenki u izvučenim dijelovima mjeri se pomoću ultrazvučnih mjerača debljine ili mjerenjem poprečnog presjeka. Kritična zona stanjivanja obično je na radijusu probijanja i radijusu ulaska matrice, gdje je dvoosna napetost najveća. Za većinu strukturnih primjena, stanjivanje stijenke do 20% nazivne debljine je prihvatljivo; za dijelove koji sadrže pritisak ili sigurnosno kritične dijelove primjenjuju se stroža ograničenja i mogu se potvrditi destruktivnom analizom presjeka uzoraka prvog artikla.

Uobičajene industrijske primjene po sektorima

Dijelovi za savijanje i crtanje metala proizvode se u količinama koje se kreću od pojedinačnih prototipova do milijardi jedinica godišnje, u gotovo svakom proizvodnom sektoru. Sljedeći primjeri ilustriraju širinu primjene:

Automobilska proizvodnja

Jedno putničko vozilo sadrži približno 200 do 300 različitih dijelova od lima , većina proizvedena savijanjem i izvlačenjem. Paneli karoserije (vrata, poklopac motora, krov, bokobrani) izvlače se iz čeličnih proizvoda s niskim udjelom ugljika ili visoke čvrstoće u velikim prijenosnim prešama. Strukturalne komponente (A-stupovi, klackalice, poprečni nosači) se oblikuju u rolama ili progresivno savijaju u prešama velike brzine. Spremnici za gorivo izvlače se od presvučenog čelika ili aluminija. Automobilski sektor pokreće najveću količinu obrade metala u cijelom svijetu, s globalnom proizvodnjom koja premašuje 90 milijuna vozila godišnje.

Zrakoplovstvo i obrana

Strukturalni okviri zrakoplova, paneli oplate, pregrade i rebrasti dijelovi proizvode se od aluminijskih legura (prvenstveno serije 2xxx i 7xxx) korištenjem postupaka preciznog savijanja, rastezljivog oblikovanja i hidroformiranja. Tolerancije u dijelovima za savijanje u zrakoplovstvu znatno su strože od opće industrijske primjene, s tolerancijama profila koje se često drže ±0,2 mm preko dijelova metarskog mjerila. Crtež se koristi za komponente tlačne posude, kućišta pokretača i dijelove sustava za gorivo.

Elektronika i električna oprema

Kućišta, šasije, štitovi i kućišta konektora za elektroničku opremu proizvode se u velikim količinama savijanjem od hladno valjanog čelika, aluminija ili legura bakra. Precizno progresivno savijanje matrice omogućuje izradu složenih geometrija nosača i obujmica brzinom od stotine dijelova u minuti u prešama za štancanje. Crtež se koristi za kućišta baterija, spremnike kondenzatora i zapečaćena elektronička kućišta.

Građevinarstvo i arhitektura

Konstruktivni nosači, fasadne obložne ploče, krovni profili, okviri vrata i HVAC kanali proizvode se savijanjem od pocinčanog čelika, aluminija ili nehrđajućeg čelika. Valjanje - kontinuirani proces savijanja - proizvodi dugačke strukturne profile (podrožnice, tračnice, kanale) s dosljednim poprečnim presjecima pri visokim stopama proizvodnje. Arhitektonske obložne ploče po narudžbi često se proizvode u malim količinama korištenjem presa za savijanje s posebnom pažnjom na očuvanju površinske obrade.

Medicinski uređaji i oprema

Komponente kirurških instrumenata, kućišta implantata, ladice za sterilizaciju i kućišta dijagnostičke opreme izvlače se i savijaju od nehrđajućeg čelika (obično kvaliteta 304 ili 316L) ili legura titana. Medicinske primjene zahtijevaju najviše razine završne obrade površine (Ra ≤ 0,8 µm za površine u blizini implantata), sljedivost materijala i dosljednost dimenzija, što ih čini među najzahtjevnijim primjenama oblikovanja metala.

Razmatranja dizajna metalnih dijelova za savijanje i crtanje

Učinkovit dizajn dijelova za savijanje i crtanje metala zahtijeva poznavanje ograničenja procesa i načina na koji geometrija dijela utječe na proizvodljivost. Nekoliko pravila dizajna primjenjuju se univerzalno:

Dodatak savijanja i razvijanje praznine

Svako savijanje dodaje duljinu materijala razvijenom (ravnom) izrezku u odnosu na nominalne vanjske dimenzije savijenog dijela. Ovaj dodatak za savijanje ovisi o debljini materijala, radijusu savijanja i K-faktoru (konstanta specifična za materijal koja opisuje položaj neutralne osi). Neophodan je precizan prost izračun: pogreška od 0,5 mm u slijepom razvoju na dijelu sa šest zavoja rezultira a 3 mm kumulativna dimenzijska pogreška u gotovom dijelu—dovoljno da izazove smetnje pri sklapanju ili neprihvatljiv razmak u preciznim primjenama.

Postavljanje rupa i elemenata blizu zavoja

Rupe, prorezi i izrezi postavljeni preblizu liniji savijanja će se iskriviti tijekom oblikovanja jer metal teče oko radijusa savijanja. Minimalna udaljenost od ruba rupe do linije savijanja općenito je 1,5t polumjer savijanja za okrugle rupe i 3t radijus savijanja za utore paralelne sa zavojem. Značajke bliže od ovog minimuma zahtijevat će ili probijanje nakon savijanja (dodavanje operacije) ili prihvaćanje izobličenja oko značajke.

Nacrtajte pravila dizajna dijelova

Duboko izvučeni dijelovi podliježu određenim ograničenjima dizajna koja određuju može li se dio proizvesti u određenom broju operacija crtanja:

• Omjer dubine i promjera — dijelovi čija dubina prelazi približno 75% promjera u jednom izvlačenju zahtijevaju višefaznu obradu za većinu materijala
• Radijusi kutova na pravokutnim nacrtanim dijelovima — kutovi su najteže deformirana područja; polumjeri kutova trebaju biti najmanje 3t do 5t kako bi se izbjeglo kidanje, a omjer polumjera kuta i visine dijela trebao bi biti veći od 0,2 za izvedivost jednog izvlačenja
• Kutovi gaza — blago suženje (0,5° do 2°) na stijenkama izvučenih dijelova olakšava izbacivanje iz matrice i smanjuje rizik da se dio zalijepi za probojac
• Ujednačena debljina stijenke — nagle promjene debljine stijenke stvaraju zone koncentracije naprezanja koje su sklone kidanju; poželjni su postupni prijelazi gdje god je to moguće

Mogućnosti završne obrade i naknadne obrade

Dijelovi za savijanje i izvlačenje metala često se podvrgavaju površinskim tretmanima nakon oblikovanja koji poboljšavaju otpornost na koroziju, izgled, tvrdoću ili prikladnost za naknadne procese kao što je bojanje ili lijepljenje. Uobičajene operacije naknadne obrade uključuju:

• Skidanje ivica i završna obrada rubova — uklanjanje oštrih rubova i neravnina s rezanih rubova pomoću prevrtanja, brušenja trakom ili robotskog skidanja srha, što je bitno za sigurnost rukovatelja i pristajanje nizvodnog sklopa
• Fosfatiranje cinka — pretvorbeni premaz koji se nanosi na čelične dijelove prije bojanja, poboljšava prianjanje boje i pruža privremenu zaštitu od korozije
• Galvanizacija — cink, nikal, krom ili kositar elektrodeponirani na površinu dijela za otpornost na koroziju, tvrdoću ili vodljivost
• Anodiziranje — elektrokemijska oksidacija aluminijskih dijelova koja proizvodi tvrdi, porozni sloj oksida koji se može zabrtviti i obojiti; standard za aluminijske dijelove zrakoplovne i potrošačke elektronike
• Bojanje u prahu — elektrostatički naneseni polimerni prah stvrdnjavan na 180–200°C; pruža izdržljiv, jednoličan premaz u boji s izvrsnom otpornošću na koroziju i UV zračenje za arhitektonske i industrijske primjene
• Pasivacija — kiselinska obrada dijelova od nehrđajućeg čelika za otapanje slobodnog željeza s površine i obnavljanje pasivnog sloja krom oksida, poboljšavajući otpornost na koroziju za medicinske primjene i primjene u kontaktu s hranom