Гибка листового металла - это фундаментальный процесс формования, который изменяет геометрию металлического листа или панели за счет изменения угла вдоль линейной оси. Эта универсальная технология позволяет изготавливать широкий спектр профилей, включая V-образные, U-образные и более сложные конфигурации, что позволяет изготавливать различные компоненты для таких отраслей промышленности, как автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность и строительство.
В операциях гибки листового металла преобладают два основных метода: гибка в пресс-форме и гибка с торможением в прессе . Каждый метод обладает уникальными преимуществами и подходит для конкретных производственных сценариев.:
- Гибка пресс-форм:
- Идеально подходит для деталей со сложной геометрией и сложными конструкциями
- Подходит как для создания небольших прототипов, так и для крупносерийного производства
- Используются штампы, разработанные по индивидуальному заказу, что обеспечивает получение точных и воспроизводимых результатов
- Обеспечивает превосходную стабильность размеров и неизменное качество деталей
- Гибка тормозного пресса:
- Оптимально для более крупных конструкций и компонентов из листового металла
- Высокая гибкость, позволяющая быстро переключаться между различными профилями гибки
- Экономично для малых и средних объемов производства
- Обеспечивает больший контроль над углами и радиусами изгиба благодаря регулируемому инструменту
Выбор между этими методами зависит от таких факторов, как сложность детали, объем производства, свойства материала и требуемые допуски. Оба метода используют разные принципы и обладают уникальными характеристиками, которые соответствуют конкретным требованиям применения в современных процессах производства металла.
Материалы и обычные металлы
Гибка листового металла - важнейший процесс современного производства, при этом выбор материала играет ключевую роль в характеристиках изделия и экономической эффективности. В этом разделе рассматриваются наиболее распространенные металлы, используемые при гибке листового металла, подробно описываются их свойства, области применения и уникальные характеристики, влияющие на формуемость и качество конечного продукта.
Сталь
Сталь, железоуглеродистый сплав, остается краеугольным камнем производства листового металла благодаря исключительному соотношению прочности к стоимости и универсальности. Различные марки стали обладают спектром свойств, подходящих для различных применений гибки:
Мягкая сталь (низкоуглеродистая сталь): Содержит от 0,05 до 0,25% углерода, что обеспечивает отличную формуемость и свариваемость. Его низкий предел текучести облегчает гибку, что делает его идеальным для автомобильных кузовных панелей, конструктивных элементов и общего изготовления. Однако из-за его подверженности коррозии требуются защитные покрытия для многих применений.
Нержавеющая сталь: Нержавеющая сталь, легированная минимум 10,5% хрома, обеспечивает превосходную коррозионную стойкость за счет образования самовосстанавливающегося слоя оксида хрома. Распространенные марки включают:
- 304 (аустенитный): отличная формуемость и коррозионная стойкость; широко используется в оборудовании для пищевой промышленности и медицинских приборах.
- 316 (аустенитный): Повышенная коррозионная стойкость за счет содержания молибдена; предпочтителен для морской и химической обработки.
- 430 (ферритный): магнитный материал с хорошей формуемостью; часто используется в отделке автомобилей и бытовой технике.
Высокопрочная низколегированная сталь (HSLA): Обеспечивает повышенную прочность и формуемость по сравнению с мягкой сталью, что достигается за счет микролегирующих элементов, таких как ниобий или ванадий. Стали HSLA все чаще используются в автомобильной и аэрокосмической промышленности для снижения веса при сохранении целостности конструкции.
Алюминий
Алюминиевые сплавы обеспечивают оптимальный баланс легкого веса, коррозионной стойкости и формуемости, что делает их незаменимыми в отраслях, где приоритет отдается снижению веса и долговечности.:
Сплав 5052: отличная формуемость и коррозионная стойкость; обычно используется в судостроении, электронных корпусах и топливных баках.
Сплав 6061: хорошая прочность и свариваемость; широко используется в конструкционных элементах, транспортном оборудовании и деталях машин.
Сплав 3003: высокая формуемость и умеренная прочность; идеально подходит для обычных работ с листовым металлом, компонентов систем кондиционирования и кухонной посуды.
Основные преимущества алюминия при гибке листового металла включают:
- Превосходное соотношение прочности к весу обеспечивает легкость конструкции.
- Естественная коррозионная стойкость за счет образования оксидного слоя
- Совместимость с различными методами обработки поверхности, включая анодирование и порошковое покрытие
- Отличная теплопроводность и электропроводность
Медь
Уникальное сочетание высокой электропроводности меди, свойств терморегулирования и формуемости делает ее незаменимой в определенных областях применения:
- Электропроводность: 100% IACS (Международный стандарт отожженной меди), что является эталоном для применения в электротехнике.
- Теплопроводность: 401 Вт / (м · К), что обеспечивает эффективное отвод тепла в системах терморегулирования.
- Обладает антимикробными свойствами, что делает его пригодным для применения в здравоохранении и общественных помещениях
Распространенные марки меди для гибки листового металла включают:
- C11000 (электролитический жесткий шаг): высокая проводимость, используется в электрических шинах и кровельных покрытиях.
- C12200 (медь DHP): Превосходная формуемость, идеально подходит для сантехники и систем кондиционирования
Латунь
Латунь, сплав, состоящий в основном из меди и цинка, обладает уникальным сочетанием свойств, которые делают ее ценной как для функциональных, так и для эстетических применений:
- Превосходная обрабатываемость и формуемость, позволяющие получать сложные формы и мелкие детали
- Устойчивость к коррозии, особенно в пресноводных средах
- Привлекательный золотистый внешний вид, часто используемый в декоративных и архитектурных элементах
Обычные латунные сплавы для гибки листового металла:
- C26000 (патронная латунь): 70% Меди, 30% цинка; отличная формуемость, используется в скобяных изделиях и гильзах для боеприпасов.
- C36000 (латунь для свободной резки): Содержит свинец для улучшения обрабатываемости; идеально подходит для изготовления прецизионных деталей.
При выборе материалов для гибки листового металла необходимо учитывать не только свойства материала, но и конкретные требования к изгибу, такие как радиус изгиба, компенсация упругости и возможность растрескивания под напряжением. Продвинутые инструменты анализа методом конечных элементов (FEA) и моделирования все чаще используются для оптимизации выбора материала и параметров гибки, обеспечивая успешные результаты при выполнении сложных операций формования листового металла.
Методы гибки
Воздушная гибка
Воздушная гибка - это универсальный и широко распространенный метод изготовления листового металла. Процесс включает в себя установку заготовки на матрицу с V-образным отверстием, в то время как пуансон опускается для приложения контролируемого давления. По мере проникновения пуансона листовой металл упруго и пластично деформируется, создавая изгиб. Конечный угол изгиба определяется глубиной проникновения пуансона, свойствами материала (такими как предел текучести и толщина) и шириной отверстия матрицы. Ключевые преимущества гибки с помощью воздуха включают:
- Низкие затраты на оснастку благодаря возможности достижения нескольких углов с помощью одного набора инструментов
- Повышенная гибкость, позволяющая быстро регулировать угол наклона без замены инструмента
- Снижение износа штампа, поскольку листовой металл не полностью соответствует форме штампа
- Требования к минимальной грузоподъемности позволяют использовать пресс-тормоза меньшей производительности
Чеканка
Чеканка - это метод прецизионной гибки, при котором применяется значительное усилие для пластической деформации листового металла в полости матрицы. В процессе чеканки пуансон и матрица прижимаются друг к другу с зажатой между ними заготовкой, в результате чего материал течет и точно соответствует геометрии инструмента. Этот метод имеет ряд преимуществ.:
- Исключительная точность и повторяемость с допусками до ± 0,1 °
- Значительно снижен эффект пружинения за счет полной пластической деформации
- Повышенная прочность материала в зоне изгиба за счет упрочнения при обработке
- Возможность создавать сложные формы и рельефные элементы за одну операцию
Трехточечная гибка
Трехточечная гибка - это фундаментальный метод, используемый как для испытаний материалов, так и для практического изготовления. При этом методе листовой металл поддерживается в двух точках, а к третьей точке между опорами прикладывается контролируемое усилие. Этот подход обеспечивает:
- Равномерное распределение напряжений и деформаций по образцу или заготовке
- Ценная информация о поведении материала при изгибающих нагрузках, включая предел текучести и модуль упругости
- Универсальность при испытании различных материалов и толщин
- Возможность создавать точные, воспроизводимые изгибы в производственных условиях
- Полезные данные для анализа методом конечных элементов (FEA) и компьютерного инженерного моделирования (CAE)
Гибка с V-образным штампом
Гибка с помощью V-образной матрицы - это краеугольный метод в производстве листового металла, обеспечивающий баланс универсальности и точности. В процессе используются V-образный пуансон и соответствующая матрица, которые прикладывают давление для формирования желаемого угла изгиба. Ключевые особенности гибки V-образными штампами включают:
- Высокая точность с типичными допусками от ± 0,5 ° до ± 1 °
- Согласованность между различными деталями благодаря фиксированной геометрии инструмента
- Широкий диапазон радиусов и углов изгиба возможен благодаря различным размерам матрицы и проходке пуансона
- Способность работать с широким спектром толщин и типов материалов
- Сокращенная маркировка на чувствительных материалах по сравнению с чеканкой
Гибочное оборудование
Пресс-тормоз
Пресс-тормоза - это универсальные станки для гибки листового металла, которые обеспечивают высокую точность и повторяемость при изготовлении сложных форм. В них используется система пуансона и матрицы для приложения концентрированного усилия к заготовке, создавая точные изгибы. Современные пресс-тормоза бывают различных конфигураций, включая гидравлические, механические и электрические модели с сервоприводом, каждая из которых соответствует конкретным производственным потребностям.
Гидравлический: обеспечивает постоянное усилие на протяжении всего хода, идеально подходит для тяжелых условий эксплуатации.
Механический: Обеспечивает высокую скорость работы, подходит для массового производства более простых деталей.
Электрический сервопривод: Обеспечивает превосходную точность и энергоэффективность, идеально подходит для прецизионных компонентов.
Мощность тормоза пресса определяется такими факторами, как рабочая длина, тоннаж и сложность системы управления. Усовершенствованные тормоза пресса с ЧПУ позволяют выполнять сложную многоосевую гибку, менять инструмент и контролировать усилие в режиме реального времени для получения оптимальных результатов.
Фальцевальный станок
Фальцевальные станки, также известные как панелегибочные машины, представляют собой специализированное оборудование, предназначенное для эффективного производства крупных и сложных деталей из листового металла. В них используется зажимная балка для закрепления заготовки и складное лезвие для создания точных изгибов. Такая конструкция позволяет выполнять манипуляции с листами большего размера и создавать множественные изгибы без изменения положения материала.
Руководство: выполняется квалифицированными специалистами для мелкосерийного производства или прототипирования.
Автоматизированное: оснащено элементами управления с ЧПУ для крупносерийного производства сложных деталей с минимальным вмешательством оператора.
Фальцевальные машины превосходно справляются с широким спектром материалов, включая алюминий, нержавеющую и оцинкованную сталь. Их уникальная конструкция часто приводит к уменьшению маркировки на чувствительных материалах и позволяет изготавливать детали с меньшей длиной фланца по сравнению с традиционными пресс-тормозами.
Гибочные штампы
Гибочные матрицы являются важнейшими компонентами при формовании листового металла, непосредственно влияющими на геометрию готовой детали, точность и качество поверхности. Они изготавливаются из высокоэффективных материалов, таких как инструментальная сталь, сплавы с повышенным содержанием карбида или карбид вольфрама, что обеспечивает долговечность и сохраняет точность при многократном использовании.
V-образные штампы: универсальны и широко используются для гибки по воздуху и снизу. Доступны под различными углами для достижения различных радиусов изгиба.
Ротационные гибочные штампы: Оснащены вращающимися элементами, которые значительно снижают трение, идеально подходят для материалов, склонных к образованию царапин, или при работе с предварительно обработанными поверхностями.
Протирочные штампы: Используют протирочное действие для создания изгибов малого радиуса, часто используемых при производстве сложных профилей и швеллеров.
Усовершенствованные конструкции штампов могут включать такие функции, как подпружиненные прижимные пластины для улучшения контроля материала или твердосплавные пластины для увеличения срока службы инструмента в условиях массового производства. Выбор подходящих штампов имеет решающее значение для достижения требуемых допусков, минимизации пружинения и оптимизации общей эффективности гибки.
Стандарты и сертификации
Стандарты ISO
Операции гибки листового металла должны соответствовать определенным международным стандартам для обеспечения качества, безопасности и последовательности. Международная организация по стандартизации (ISO) разрабатывает и поддерживает эти правила. Для гибки листового металла соответствующие стандарты включают:
ISO 9013: Этот стандарт устанавливает требования к методам термической резки, включая лазерную и плазменную, которые часто используются при подготовке листового металла перед гибкой. В нем определяются характеристики качества, технические условия поставки и допуски для поверхностей, подвергнутых термической обработке.
ISO 16630: Этот стандарт определяет методы механических испытаний, используемые для проверки структурной целостности и механических свойств материалов из листового металла. В нем подробно описана процедура проведения испытаний на сплющивание труб, которые имеют решающее значение для оценки формуемости и пластичности трубчатых металлических изделий.
ISO 7438: В настоящем стандарте описывается метод испытания металлических материалов на изгиб, который необходим для оценки пластичности и формуемости листового металла, используемого при гибке.
ISO 6892-1: Этот стандарт определяет метод испытания металлических материалов на растяжение при комнатной температуре, предоставляя ценные данные о свойствах материала, влияющих на поведение при изгибе.
Соблюдение стандартов ISO гарантирует, что при операциях гибки листового металла получаются надежные и высококачественные изделия для различных отраслей промышленности и областей применения, а также облегчает международную торговлю и сотрудничество.
Стандарты ASTM
Американское общество по испытаниям и материалам (ASTM) также играет решающую роль в индустрии гибки листового металла, устанавливая и поддерживая стандарты. Стандарты ASTM, относящиеся к гибке листового металла, включают:
ASTM A6 / A6M: В этом стандарте изложены общие требования к листовому стальному прокату, профилям, шпунтовым штабелям и пруткам, используемым в различных областях применения, включая гибку листового металла. В нем описываются допуски на размеры, допустимые отклонения и процедуры тестирования.
ASTM A480 / A480M: Этот стандарт устанавливает общие требования к листовому листу из нержавеющей и жаропрочной стали, листу и полосе, используемым для гибки листового металла. В нем содержатся подробные сведения о химическом составе, механических свойствах и требованиях к чистоте поверхности.
ASTM E290: Этот стандарт определяет методологии проведения испытаний металлических материалов на изгиб для оценки пластичности и формуемости. В нем содержатся рекомендации по различным конфигурациям испытаний на изгиб, включая испытания на управляемый изгиб и испытания на свободный изгиб.
ASTM E8 / E8M: В этом стандарте излагаются методы испытания металлических материалов на растяжение, которые имеют решающее значение для определения механических свойств, влияющих на изгиб.
ASTM B820: Этот стандарт охватывает спецификацию металлической фольги для электроизоляции, которая применима для гибки листового металла в электрических и электронных приложениях.
Соблюдение стандартов ASTM гарантирует, что операции по гибке листового металла соответствуют отраслевым требованиям и поддерживают высокий уровень качества выпускаемой продукции. Эти стандарты также обеспечивают общий язык для производителей, поставщиков и заказчиков, способствуя четкому общению и пониманию ожиданий в отрасли производства листового металла.
Гибка с помощью пресс-формы
Производители обычно рассматривают использование гибки в пресс-формах в качестве метода обработки конструкционных деталей, производительность которых составляет более 5000 штук в год и которые относительно невелики по размеру, обычно около 300 x 300.
1. Обычная форма для гибки
На рисунке показаны обычно используемые гибочные матрицы. Для увеличения срока службы пресс-формы рекомендуется использовать закругленные углы при проектировании деталей.
Использование гибочной матрицы со слишком маленькой высотой фланца не идеально подходит для формования. Обычно высота фланца должна составлять L ≥ 3 т, учитывая толщину стенки.
2. Пошаговый метод гибки
Z-образные ступени, изготовленные из листового металла с более низким профилем, обычно сгибаются с помощью простых форм на штамповочных прессах или гидравлических прессах для небольших партий. Для больших партий можно использовать ступенчатую матрицу на гибочном станке, но высота (H) обычно должна в 0-1, 0 раза превышать толщину стенки (t).
Если высота в 1,0-4,0 раза превышает толщину стенки, может потребоваться литьевая форма с разгрузочной конструкцией. Высоту можно отрегулировать, добавив распорку, но сохранить длину (L) и вертикальность вертикальной стороны может быть непросто. Если высота больше, следует рассмотреть возможность гибки на пресс-тормозе.
