Методы обработки листового металла: резка, формовка, сварка

Изготовление листового металла относится к различным процессам, используемым для сборки или производства деталей из необработанного листового металла. В зависимости от материала и технических характеристик проекта, один или несколько процессы обработки листового металла может быть использовано для достижения желаемого результата. Клиенты имеют такие возможности, как резка металла, сварка, гибка, механическая обработка, пробивка и штамповка для создания своих продуктов. В этом руководстве мы подробно рассмотрим каждый процесс обработки листового металла, помогая вам определить наиболее подходящий метод(ы) для вашего конкретного применения.

Обзор производства листового металла

Изготовление листового металла необходимо для различных производственных процессов, начиная от производства игрушек и заканчивая крупногабаритными деталями самолетов. Несмотря на свою популярность, важно знать, как работает этот производственный процесс. Ниже приведен подробный обзор изготовления листового металла.

Что такое обработка листового металла?

Изготовление листового металла — это процесс превращения плоских листов стали или алюминия в металлические конструкции или изделия путем резки, штамповки, фальцовки и сборки. Листовой металл можно резать, сгибать или растягивать практически в любую форму, что обычно делается путем резки и сжигания металла.

Специальные инструменты, такие как ленточные пилы и отрезные пилы, также могут использоваться в процессе изготовления листового металла. Они обеспечивают равномерную резку в течение всего процесса. Газовые резаки способны резать большие участки листового металла с минимальными усилиями.

Изготовление листового металла использует листогибочные прессы, которые облегчают процесс изготовления листового металла, помогая создавать острые изгибы и углы в металле. Существует множество различных листогибочных прессов, которые имеют разные функции и используются для разных целей.

Одним из основных факторов в изготовлении листового металла является сварка. После того, как все компоненты сформированы, они собираются и прихватываются на место. Многие методы сварки могут использоваться при изготовлении листового металла, чтобы предотвратить коробление или любые другие отклонения. Эти методы включают покрытие металла песком во время процесса охлаждения, специальный процесс выпрямления, сварку в шахматном порядке и использование прочного приспособления.

Выпрямление дефектного металла может быть достигнуто с помощью кислородно-ацетиленовой горелки. Нагрев металла осуществляется медленно, чтобы удалить любые аномалии.

Металл обычно завершается пескоструйной обработкой, грунтовкой и покраской. Это обеспечивает фантастический вид металла и готово к отправке клиенту.

Если у вас есть предстоящий проект или вы хотите узнать больше о том, что мы можем для вас сделать, не стесняйтесь обращаться к нам. 

Методы резки листового металла

Методы резки заключаются в разделении листового металла путем приложения большой силы, чтобы вызвать поломку режущих кромок. Они делятся на две группы: резка без сдвига: лазерная резка, плазменная резка, гидроабразивная резка и резка со сдвигом: резка, вырубка, пробивка и распиловка. В этом разделе подробно обсуждается каждый метод.

Лазерная резка

Лазерная резка — это процесс термической резки, который заключается в плавлении металлов на локальных участках с помощью сфокусированных лазерных лучей.

Он включает в себя два одновременно работающих подпроцесса. Первый процесс включает в себя фокусировку мощного лазерного луча на листовом металле. Лазерный луч поглощается материалом, заставляя его испаряться. Второй процесс происходит в то же время, когда режущее сопло обеспечивает процесс или продувочный газ для лазерной резки. Этот газ обычно представляет собой азот или кислород, и он помогает защитить обрабатывающую головку от паров и брызг. Он также важен для удаления излишков материалов из пропила.

Лазерные резаки могут резать широкий спектр металлов, от нержавеющей стали до мягкой стали и цветных металлов. Однако более отражающие металлы, такие как алюминий, могут быть более сложными для резки. В таких случаях волоконные лазеры обычно являются лучшим вариантом. Толщина металла может варьироваться от 20 мм до 40 мм, а максимальная толщина зависит от мощности лазера.

Процесс лазерной резки лучше всего подходит для промышленного применения. Он очень гибкий, экономит время и может обеспечить высокую степень точности. Однако этот процесс потребляет много энергии и газа, что приводит к высоким инвестиционным затратам и строгим требованиям безопасности.

Плазменная резка

Это процесс термической резки, включающий резку металла ионизированным газом (плазмой). В ходе процесса на металл подается значительное количество тепла, и он постепенно плавится. Конечный результат — грубый срез с большими заусенцами и оксидированной зоной вокруг области реза.

Важно отметить, что плазменный режущий инструмент будет эффективно работать только с электропроводящими металлами. Это один из лучших методов резки алюминия средней толщины и нержавеющей стали, меди, латуни и других токопроводящих материалов. Вы можете использовать этот процесс резки для более толстых листов металла (до 50 мм), где нет строгих требований к отделке поверхности.

Плазменная резка обеспечивает более быструю резку, высокую точность и повторяемость, чем многие другие процессы резки. Она также гарантирует автоматизацию, гарантируя эффективную резку высокопрочных металлов с меньшим подводом тепла. Недостатком этого процесса является относительно высокое потребление энергии и возможное возникновение шума при сухой резке.

Гидроабразивная резка

Процесс гидроабразивной резки подразумевает использование струи воды под высоким давлением для резки металлических листов. Давление обычно составляет около 60 000 фунтов на квадратный дюйм, обеспечивая скорость около 610 м/с для резки практически любого вида металлического листа.

Гидроабразивная резка универсальна и может резать твердые и мягкие материалы абразивами и водой под давлением. Если говорить конкретно, то чистая гидроабразивная резка лучше всего подходит для резки мягких металлов, таких как ткани, резина или металлическая фольга. Абразивная гидроабразивная резка лучше всего подходит для твердых материалов, таких как углеродистая сталь, нержавеющая сталь, алюминий и медь.

Гидроабразивная резка — отличная альтернатива лазерной резке. Она обеспечивает очень хорошую отделку поверхности без заусенцев или тепловых деформаций. Однако высокое давление может вызвать некоторую деформацию вблизи зоны резки, поэтому необходимо обеспечить надлежащую поддержку компонента.

Стрижка

Резка — это процесс обработки металла, при котором на плоских металлических материалах разрезаются прямые линии путем приложения усилия сдвига, что приводит к разделению материалов в точке резки. Идеально подходит для крупносерийного применения и для резки мягких материалов, таких как алюминий, мягкая сталь и латунь, которые не требуют чистовой отделки.

Если необходимо получить прямые края на металлических листах с грубыми или неровными краями, то резка является одним из лучших вариантов. Это экономически эффективно для высокопроизводительных операций, когда вам нужно изготовить тысячи деталей за короткое время. Однако действие резки создает заусенцы и деформацию материала. Таким образом, это может быть не лучшим выбором для применений, требующих чистовой отделки конца.

Бланкирование

Вырубка удаляет кусок листового металла из большего куска исходного материала с использованием вырубного пуансона и матрицы. Матрица удерживает листовой металл во время процесса, в то время как пуансон подает «силу вырубки» через металл. Удаляемый материал является желаемым компонентом, в то время как материал, который остается на матрице, является оставшейся пустой заготовкой.

Вырубка листового металла позволяет производить экономичные индивидуальные компоненты и обеспечивает превосходную точность, контроль размеров и повторяемость. Однако это немного медленнее и требует более высоких затрат на инструмент, чем традиционная операция штамповки.

Штамповка

Перфорация также создает отверстия в листовом металле с помощью силы сдвига. Однако в этом случае материал, удаляемый из отверстия, является отходами, а материал, оставшийся на штампе, является конечным компонентом. Перфорация помогает создавать вырезы и отверстия различных размеров и форм.

Этот процесс быстрее, чем вырубка, производя чистые и точные детали за короткое время. Также нет риска термических изменений заготовки, поскольку не задействовано тепло. Однако подготовка к пробивке может занять много времени, поскольку пробивные ножи и матрицы должны быть точно подогнаны.

Распиловка

Распиловка осуществляется путем постепенного разрезания металлических материалов с помощью пилообразного инструмента, чтобы сделать ряд небольших надрезов в металле. Каждый зуб пилы использует трение и силу сдвига для отделения небольшой стружки материала от тела материала.

Металлические ленточные пилы имеют несколько тонких и слегка изогнутых зубьев, идеально подходящих для резки алюминия, латуни, меди и других цветных металлов. Горизонтальные ленточные пилы настроены на резку более длинного прутка для соответствия требованиям по размеру. С другой стороны, вертикальные ленточные пилы помогают выполнять более сложную резку, требующую точных контуров в металлической части.

Ленточные пилы способны делать точные прямые разрезы. Они также оснащены передовыми функциями, такими как двойной подшипник, регулировка хода лезвия и направляющие ролики лезвия. Эти функции дополнительно обеспечивают постоянную точность резки. Ленточные пилы создают меньшие пропилы, чем многие другие процессы резки, что существенно снижает отходы. Поэтому это отличный вариант для снижения затрат на изготовление. Однако трудно поддерживать требуемый контакт между поверхностью плоских заготовок и режущим инструментом. Это может привести к нестабильности материала и неравномерности резки.

Методы формовки листового металла

Формовка листового металла подразумевает изменение формы металлических материалов, пока они находятся в твердом состоянии. В этом разделе будут рассмотрены наиболее важные процессы формовки листового металла. Эти процессы различаются по своему применению для изготовления деталей по индивидуальному заказу.

Изгиб

Гибка — это процесс, при котором металл деформируется с помощью силы и изгибается под нужным углом для придания ему нужной формы. Он выполняется с помощью листогибочных прессов и прокатных машин. Листогибочный пресс использует пуансон и матрицу для гибки листового металла. Существуют различные виды прокатных машин, и они могут прокатывать листовой металл в различные формы в определенных диапазонах.

Существуют различные методы гибки листового металла, наиболее распространенными из которых являются:

1. V-образный изгиб. Здесь гибочный пуансон обеспечивает силу для изгиба металлических материалов (расположенных над V-образной матрицей) под нужными углами. Этот метод изгибает стальные пластины, не меняя их положения.
2. Гибка валков. Этот метод сгибает металлические листы в изогнутые формы или рулоны. Он использует листогибочный пресс, гидравлический пресс и три ролика для создания желаемого изгиба. Он предпочтителен для таких компонентов, как трубы, конусы и другие полые материалы.
3. U-образный изгиб. Этот процесс гибки похож на V-образную гибку. Единственное отличие заключается в том, что здесь используется U-образная матрица, а конечные компоненты имеют U-образную форму.
4. Поворотная гибка. Этот метод сгибает металлы в острые углы. Это отличный выбор для изгиба углов более 90 градусов.
5. Протирание изгиба. Для определения внутреннего радиуса изгиба листового металла используется протирочный штамп.

Как правило, гибка идеальна для металлов, которые являются ковкими, но не хрупкими. К ним относятся мягкая и пружинная сталь, алюминий 5052 и медь. Такие материалы, как алюминий 6061, латунь, бронза и титан, сгибать сложнее.

Гибка является экономически эффективной при использовании в мелко- и среднесерийном производстве, давая детали с превосходными механическими свойствами. Однако существует высокая вероятность пружинения, влияющего на полученный угол изгиба.

Подшивание

Подгибка включает в себя прокатку края листового металла на себя для создания области с двумя слоями. Часто это происходит в два этапа. Первый этап включает в себя сгибание листового металла и его выдавливание в V-образный штамп. Второй этап включает в себя удаление материала и его размещение в выравнивающем штампе. Этот процесс выравнивает подгиб, придавая желаемую форму.

Подгибка эффективна для укрепления краев деталей и улучшения внешнего вида деталей. Точность процесса позволяет получать компоненты с превосходными поверхностными качествами. Однако в ходе этого процесса происходит деформация материала, что приводит к размерным изменениям.

Роллинг

Прокатка листового металла — это процесс, при котором металлическая деталь проходит через пару роликов для уменьшения толщины материала или получения равномерной толщины. Ролики постоянно вращаются, создавая сжимающие силы, которые пластически деформируют заготовку. Если ролики расположены прямо перпендикулярно к листовому металлу, происходит сплющивание.

Существует два основных процесса прокатки – горячая прокатка и холодная прокатка. Горячая прокатка происходит выше температуры рекристаллизации материала, в то время как холодная прокатка обычно происходит при комнатной температуре. Обычные применения листового проката – трубы и трубки, штамповки, диски, колеса и ободья колес и т. д.

Прокатка — быстрый процесс с высокой эффективностью, что делает его пригодным для массового производства. Процесс может быть разработан для создания деталей с жесткими допусками и сложными профилями поперечного сечения. Но прокатка металла требует больших первоначальных инвестиций, поэтому она больше подходит для массового производства.

Штамповка

Штамповка листового металла — это метод холодной штамповки, который использует штамповочные прессы и штампы для преобразования сырья в различные формы. Этот процесс совместим с широким спектром листовых металлических материалов, включая нержавеющую сталь, низко- и высокоуглеродистую сталь, алюминий, латунь, медь и т. д.

Штамповка обычно может быть комбинацией сложных методов резки и формовки для получения сложных компонентов с более короткими операциями. Она охватывает гибку, штамповку, тиснение и отбортовку для создания широкого ассортимента продукции.

Штамповка металла экономически эффективна. Процесс быстрый, требует меньше инструментов и меньше рабочего времени, и относительно дешево обслуживать штамповочные штампы, что способствует общему снижению расходов. Автоматизировать штамповку металла также легко. Поэтому правильное программирование штамповочных станков по металлу обеспечит постоянную поставку высококачественных прецизионных деталей и повторяемость. Но недостатком штамповки является повышенная стоимость прессов. Если необходимо изменить конструкцию во время производства, может быть сложно заменить штампы.

Вьющийся

Завивка листового металла — это процесс добавления круглых полых валиков к краям листового металла. Большинство процессов завивки происходят в три этапа: первые два этапа создают изгибы для завивки, а третий этап закрывает завивку.

Завитки помогают удалить острые необработанные края с заготовки, чтобы сделать ее более безопасной для обработки. Завитая кромка также обеспечивает прочность кромки. Завитки также могут привести к заусенцам и деформации материала, поэтому во время процесса следует соблюдать осторожность.

Формование металла

Формование включает в себя формирование металлических дисков в ротационно-симметричные полости. В ходе процесса материал помещается между задней бабкой машины и формованной прядильной оправкой. При вращении прядильный ролик помогает формировать лист в форме оправки.

Формование металла идеально подходит для мягких металлических пластин, включая нержавеющую сталь, медь, латунь, алюминий и т. д. Формование металла позволяет производить несколько полых деталей различной формы без ущерба для их качества. Другие процессы формования листового металла, такие как гибка и штамповка, могут быть включены в цикл формования, что делает его очень гибким как для мелкосерийного, так и для крупносерийного производства. Ограничения по размеру и форме являются основным недостатком этого процесса. Он производит только детали с концентрическими, симметричными формами.

Методы сварки листового металла

Сварка — это процесс, который соединяет два металлических листа вместе с помощью тепла, давления или того и другого. Это высокотемпературный процесс, который расплавляет основной металл, обычно добавляя присадочный материал.

Существуют различные методы сварки, доступные для изготовления листового металла, которые соединяют металлы посредством процесса плавления и добавления присадки. Эти методы сварки включают следующее:

• Сварка штучными электродами или дуговая сварка металлическим электродом в защитной среде (SMAW). Этот процесс сварки производит электрический ток с электродом-стержнем, чтобы сформировать дугу при контакте с металлом. Электрическая дуга создает температуру более 6300°F для плавления металлов. Это процесс, подходящий для высокоскоростной сварки, и он может работать как с источниками переменного, так и постоянного тока. Однако необходимо соблюдать осторожность при сварке тонких металлов, поскольку высокие температуры, создаваемые этим процессом, могут повредить материал. 
• Сварка металлов в инертном газе (MIG). Это также называется газовой дуговой сваркой металлическим электродом (GMAW), и она работает с защитным газом и непрерывным проволочным электродом. Расплавленный проволочный электрод облегчает соединение металлических деталей, в то время как защитный газ защищает сварочную ванну от взаимодействия с атмосферой. Сварка MIG создает высококачественные сварные швы с превосходной скоростью сварки. Ее также можно полностью автоматизировать, чтобы избежать брызг сварки. Однако эта техника сварки не подходит для толстых металлов и наружной сварки.
• Сварка вольфрамовым инертным газом (TIG). Эта сварка представляет собой процесс создания короткой дуги для сварки более тяжелых металлов с вольфрамовым электродом. Также имеется инертный защитный газ для защиты области сварки и электрода от атмосферного загрязнения. Большим преимуществом этого процесса сварки является то, что он адекватно работает с цветными металлами, такими как алюминий, медь, титан и т. д. При этом процессе обеспечивается высокая степень контроля сварки, что помогает создавать очень чистые и прочные сварные швы. Поэтому это подходящий метод для автомобильных и аэрокосмических конструкций. Однако сварка TIG требует высококвалифицированного специалиста, поскольку она более сложная.

Допуски на изготовление листового металла

Допуски на изготовление листового металла относятся к приемлемым отклонениям характеристик деталей из листового металла, необходимым для точной и последовательной установки и интеграции.

Для деталей из листового металла ISO 2768-mk обычно используется для обеспечения надлежащего контроля элементов геометрии и размера. Ниже приведены 7 стандартов допусков линейных и угловых размеров, плоскостности и прямолинейности, цилиндричности и круглости.

Таблица 1 – Линейные размеры

Таблица 2 – Внешний радиус и высота фаски

Таблица 3 – Угловые размеры

Таблица 4 – Прямолинейность и плоскостность

Таблица 5 – Перпендикулярность

Таблица 6 – Симметрия (положение для стандарта ISO G&T, а не ASME или ANSI GD&T)

Применение изготовления листового металла

Во многих отраслях промышленности применяется изготовление листового металла — будь то для конструкционных целей, декоративных элементов или функциональных компонентов в составе других изделий. 

Давайте подробнее рассмотрим различные варианты его использования.

Киоски, торговые автоматы и павильоны

Торговые автоматы и киоски приносят значительную прибыль многим компаниям, работающим с клиентами, например, спортзалам и развлекательным центрам. Вот почему необходимо проявлять осторожность при их строительстве. 

Для изготовления таких машин требуется большое количество отдельных компонентов, поэтому для их изготовления требуется применение листового металла. 

Строительство и безопасность 

В секторах строительства и безопасности листовой металл применяется для изготовления таких изделий, как защитные двери, защитные ограждения, защитные решетки и индивидуальные защитные ограждения. 

Розничная торговля 

Создание привлекательных визуальных товаров, а также демонстрационных стендов для продуктов в секторе розничной торговли требует изготовления изделий из листового металла. 

Изготовление листового металла может помочь создать широкий спектр торговых витрин для разных розничных клиентов, торговых площадей и витрин магазинов. Например, барные витрины, торговые кубы, переносные витрины и стенды для точек продаж. Эти продукты должны привлекать внимание и быть высокофункциональными.

Наука, медицина и еда 

В частности, научная, медицинская и пищевая промышленность используют листовой металл для изготовления изделий, используемых на коммерческих и промышленных кухнях, таких как столешницы, шкафы для хранения и мойки. 

Нержавеющая сталь, как правило, является предпочтительным материалом для многих применений в пищевой промышленности и при приготовлении пищи. 

Транспорт

Транспортный сектор использует тысячи различных изделий, изготовленных с использованием металлоконструкций. Например, аварийные автомобили используют листовой металл для изготовления таких изделий, как корпуса перчаточных ящиков, подножки, крепления дверных ручек и стальные обрамления для дверей подъемного борта. 

Изготовление листового металла — отличный метод создания деталей как больших, так и малых, которые могут использоваться в производстве транспортных средств. Кроме того, с помощью изготовления листового металла изготавливаются защитные ограждения на строительных площадках, люки-люки для лестниц и изделия, безопасные для лестниц. 

Основные типы листового металла

• Алюминий: Используется для автомобильных деталей, электроприборов и кухонных принадлежностей. Предлагает многочисленные преимущества, включая хорошее соотношение прочности и веса и высокую проводимость. 
• Алюминированная сталь: Этот металл сочетает в себе высокую прочность углеродистой стали с превосходной коррозионной стойкостью алюминия. Листы алюминированной стали используются для изделий, предназначенных для высокотемпературных сред, таких как кухонные приборы.
• Углеродистая сталь: Углеродистая сталь используется на промышленных и потребительских рынках для целого ряда продуктов. Это стальной сплав, содержащий углерод, в результате чего материал становится более твёрдым и прочным при термической обработке. 
• Медь: Примерами изделий из меди являются раковины, крыши, водосточные желоба и двери. Медь обладает более высокой электро- и теплопроводностью по сравнению с алюминием, но может быть более дорогой. 
• Оцинкованная сталь: Листы оцинкованной стали, как правило, используются для изготовления автомобильных кузовов, водопроводных труб, заборов, крыш и лестниц. Она изготавливается путем покрытия стали цинком методом горячего погружения, что помогает сделать ее более устойчивой к коррозии. 
• Высокопрочная сталь: Военные броневые пластины, как правило, изготавливаются из листов высокопрочной стали. Материал производится путем легирования стали рядом элементов, таких как углерод, марганец и медь. Это помогает повысить ее твердость.
• Нержавеющая сталь: Используется для кухонных сосудов, резервуаров для хранения химикатов и оборудования для обработки пищевых продуктов. Нержавеющая сталь обеспечивает превосходную коррозионную стойкость, огнестойкость и жаропрочность, соотношение прочности к весу и технологичность. 
• Титан: Типичные изделия из титана включают авиационные детали, медицинское оборудование и элементы конструкций. Он в основном используется из-за его высокого соотношения прочности к весу и коррозионной стойкости. Он также пригоден для вторичной переработки. 

Заключение

Изготовление листового металла обеспечивает несколько ключевых преимуществ, три из которых — прочность, универсальность и простота обслуживания. Металлические детали, созданные с помощью различных процессы обработки листового металла очень долговечны и при правильном уходе могут прослужить много лет, что делает их идеальными для долгосрочных проектов. Универсальность листового металла позволяет использовать его в широком спектре приложений, от небольших до крупномасштабных проектов, что делает его ценным ресурсом как для предприятий, так и для частных лиц. Кроме того, металлические конструкции просты в обслуживании, поскольку они устойчивы к ржавчине, коррозии, огню и теплу, что делает процессы обработки листового металла особенно подходящими для промышленных и коммерческих сред.