Ce sunt piesele de desen pentru îndoirea metalelor?

Piese de desen pentru îndoirea metalelor sunt componente de tablă produse prin combinarea a două procese de formare la rece - îndoire și ambutisare adâncă - pentru a crea piese tridimensionale cu caracteristici unghiulare precise, pereți curbați și profile goale din tablă plană. Îndoirea deformează metalul de-a lungul unei axe drepte pentru a crea unghiuri, flanșe și canale, în timp ce desenarea trage foaia peste o matriță pentru a forma cupe, cutii și forme închise cu adâncime. . Piesele rezultate păstrează integritatea structurală a metalului original, obținând în același timp geometrii complexe care ar fi nepractic sau neeconomic să fie produse prin prelucrare din material solid.

Aceste piese sunt fundamentale pentru producția modernă în industria auto, aerospațială, electronică, construcții și bunuri de larg consum. O singură caroserie de vehicul, de exemplu, conține sute de piese metalice de îndoit și de trasare - de la panouri de uși și șine de acoperiș până la ansambluri de suporturi și carcase de rezervor de combustibil. Înțelegerea a ceea ce sunt aceste piese, a modului în care sunt fabricate și a ceea ce guvernează calitatea lor este cunoștințe esențiale pentru ingineri, specialiști în achiziții și producători care lucrează cu componente din tablă.

Piese de îndoire: definiție, proces și geometrie

Piesele de îndoire din metal sunt produse prin aplicarea unei forțe pe un semifabricat de metal plat de-a lungul unei axe definite, provocând deformare plastică care creează un unghi sau o curbă permanentă. Procesul nu îndepărtează materialul; o redistribuie prin deformare controlată a plasticului. Suprafața exterioară a îndoirii este plasată în tensiune în timp ce suprafața interioară este în compresie, iar axa neutră - planul care nu suferă nici tensiune, nici compresie - se află la aproximativ de la o treime până la jumătate din grosimea materialului de pe suprafața interioară , în funcție de raza de îndoire și de proprietățile materialului.

Metode primare de îndoire

În producția industrială sunt utilizate mai multe procese distincte de îndoire, fiecare potrivit pentru diferite geometrii ale pieselor, grosimi ale materialelor și volume de producție:

• Îndoire în V (îndoire cu aer și fund) — Cel mai comun proces; un poanson presează foaia de metal într-o matriță în formă de V. Îndoirea aerului se oprește înainte ca poansonul să ajungă la fund, utilizând unghiul elastic pentru a atinge unghiul țintă; fundul antrenează poansonul să intre în contact cu matrița, monedând materialul pentru o precizie mai mare (±0,5° tipic pentru fund vs. ±1° până la ±2° pentru îndoirea aerului).
• îndoire în U — Creează piese în formă de canal sau cu profil U într-o singură mișcare folosind o pereche de poanson și matriță potrivite. Obișnuit pentru canalele structurale, canalele de cabluri și cadrele de incintă.
• Îndoirea rolei — Trei role deformează progresiv foaia sau placa pentru a produce piese curbe cu raze mari, cum ar fi cochilii cilindrice, secțiuni conice și elemente structurale curbate.
• Îndoirea cu ștergere (îndoirea marginilor) — Foaia este prinsă și o matriță de ștergere pliază o margine, producând flanșe și buze de întoarcere. Folosit în mod obișnuit la presele de frână pentru formarea cutiilor și a tavilor.
• Îndoire rotativă — O matriță rotativă se rulează pe suprafața foii pentru a produce îndoituri cu un marcaj minim pe suprafață, de preferat pentru materialele prefinisate sau sensibile din punct de vedere cosmetic.

Raza de curbură minimă și elastic

Doi parametri critici guvernează fezabilitatea și acuratețea fiecărei piese îndoite. Raza minimă de îndoire este cea mai mică rază la care un material poate fi îndoit fără a se fisura pe suprafața de tensiune exterioară; este de obicei exprimat ca multiplu al grosimii materialului (t). De exemplu, oțelul moale (cu conținut scăzut de carbon) are de obicei o rază de curbură minimă de 0,5t până la 1t , în timp ce aliajele de aluminiu de înaltă rezistență pot necesita 3t până la 5t raza minimă înainte de a se produce fisurarea.

Backback este recuperarea elastică care are loc atunci când forța de îndoire este eliberată, determinând deschiderea ușor a piesei din unghiul dorit. Mărimea returului elastic crește odată cu forța de curgere a materialului și scade odată cu razele de îndoire mai strânse. Inginerii de proces compensează prin îndoire excesivă (folosind un unghi al matriței cu 2° până la 5° mai strâns decât unghiul țintă) sau prin utilizarea operațiunilor de îndoire și batere care minimizează recuperarea elastică prin deformarea plasticului prin grosime.

Piese de desen: definiție, proces și capacitate de adâncime

Piesele de desen – mai precis, piesele de ambutisare adâncă – sunt produse prin apăsarea unui semifabricat de metal plat într-o cavitate a matriței folosind un poanson, formând o formă tridimensională goală, cu fundul închis și partea superioară deschisă. Procesul trage materialul flanșei în interior și în jos în matriță, subțiind ușor pereții și îngroșând flanșa pe măsură ce metalul curge. Desenarea este procesul de formare din spatele cutiilor de băuturi, vaselor de gătit, rezervoarelor de combustibil auto, carcaselor dispozitivelor medicale și a miilor de alte componente metalice goale produse în volum mare.

Secvența procesului de desenare adâncă

O operație completă de embotire adâncă implică următoarea secvență:

1. Pregătire goală — Un semifabricat circular sau în formă este tăiat dintr-un material de foi. Diametrul golului este calculat pe baza geometriei piesei desenate țintă și a limitelor raportului de desen al materialului.
2. Ținere goală — Un suport pentru semifabricat (tampon de presiune) fixează flanșa semifabricatului de fața matriței cu presiune controlată, prevenind șifonarea materialului flanșei pe măsură ce este tras în interior.
3. Coborâre pumn — Poansonul coboară, apăsând zona centrală a semifabricatului în cavitatea matriței. Materialul flanșei curge în interior sub tensiune, formând peretele cupei.
4. Ejectia piesei — Piesa desenată este scoasă din matriță folosind știfturi demontați sau ejectarea aerului.
5. Redenare (dacă este necesar) — Dacă raportul necesar adâncime-diametru depășește ceea ce este realizabil într-o singură tragere, piesa este supusă uneia sau mai multor operații de redesenare, fiecare reducând diametrul și crescând progresiv adâncimea.

Raportul de tragere și limitele de formabilitate

Raportul limitator de tragere (LDR) este raportul maxim dintre diametrul semifabricatului și diametrul poansonului care poate fi atins într-o singură operație de extragere fără a rupe piesa. Pentru majoritatea oțelurilor cu conținut scăzut de carbon, LDR este de aproximativ 2.0 până la 2.2 , adică un semifabricat de până la 2,2 ori diametrul poansonului poate fi tras într-o cană într-o singură operație. Aliajele de aluminiu au de obicei LDR de 1,8 până la 2,0 , în timp ce oțelul inoxidabil variază de la 1,8 până la 2,1 in functie de nota. Piesele care necesită raporturi adâncime-diametru care depășesc LDR cu o singură tragere sunt produse în mai multe etape de tragere cu recoacere intermediară dacă călirea prin lucru devine limitativă.

Materiale utilizate în piese de îndoire și desenare a metalelor

Selectarea materialului pentru piese de îndoire și de desenare necesită formabilitate de echilibrare (capacitatea de a suferi deformarea necesară fără fisurare sau încrețire), rezistența piesei finite, rezistența la coroziune și costul. Următoarele materiale reprezintă majoritatea volumului de producție din industrii:

Scule pentru îndoire și desenare: matrițe, poansone și prese

Sistemul de scule - matrițele și poansonele - este determinantul central al calității pieselor și al economiei de producție în operațiunile de îndoire și trefilare. Proiectarea sculelor trebuie să țină cont de înapoierea materialului, forța suportului semifabricatului, jocul matriței, razele colțului de perforare și strategia de lubrifiere simultan.

Scule de îndoire

Sculele de frână de presă pentru îndoire constă dintr-un poanson (uneltă superioară) și o matriță (unealta inferioară) montate într-o mașină de frână de presă. Sistemele de scule standard în stil european (compatibile cu Wila/Trumpf) folosesc segmente modulare de perforare și matriță care pot fi configurate pentru diferite lungimi de piese și profile fără scule personalizate dedicate - reducând semnificativ costurile de instalare pentru producția de prototipuri sau tiraje scurte. Pentru îndoirea progresivă a matriței de volum mare, unelte dedicate din oțel de scule întărite sunt specificate pentru fiecare geometrie a piesei, cu duritatea tipică a oțelului pentru scule de 58–62 HRC pentru ca suprafețele de lucru să reziste la uzură timp de milioane de cicluri.

Instrumente de desen

Matrițele de ambutisare adâncă constau dintr-un poanson, un inel de matriță și un suport pentru semifabricat, cu un spațiu precis între poanson și matriță (de obicei Cu 10% până la 15% mai mare decât grosimea materialului pentru operațiuni cu o singură tragere) pentru a permite curgerea metalului fără o subțiere excesivă. Razele colțului matriței sunt critice: o rază prea mică a matriței rupe piesa la intrarea matriței; o rază prea mare permite încrețirea. Razele matriței pentru oțel variază de obicei de la 4t până la 10t (de patru până la zece ori grosimea materialului), cu raze mai mari utilizate pentru trageri mai puțin adânci și raze mai mici pentru un control mai strâns al geometriei în părțile mai adânci.

Apăsați Selecție

Operațiunile de îndoire folosesc presă de frână (hidraulice, servo-electrice sau mecanice) cu un tonaj potrivit cu grosimea materialului și lungimea de îndoire. O regulă generală obișnuită pentru îndoirea în V a oțelului moale necesită aproximativ 8 tone de forță pe metru de lungime de îndoire pe milimetru de grosime a materialului . Operațiunile de desenare folosesc prese hidraulice cu acțiune simplă sau dublă, în care glisa interioară antrenează poansonul, iar glisa exterioară controlează independent forța suportului semifabricatului - o capacitate care este esențială pentru controlul consecvent al flanșei în ambutișare adâncă.

Parametri cheie de calitate și metode de măsurare

Precizia dimensională, integritatea suprafeței și păstrarea proprietăților materialului sunt cele trei domenii principale de calitate pentru îndoirea metalului și piesele de desen. Fiecare este guvernat de metode de măsurare specifice și criterii de acceptare definite în desenele tehnice și standardele aplicabile.

Toleranțe dimensionale

Toleranțele de unghi pentru piesele îndoite depind de proces: îndoirea cu aer se realizează de obicei ±1° până la ±2° , în timp ce atingerea fundului și monedarea realizează ±0,5° sau mai bine . Dimensiunile liniare ale pieselor îndoite sunt afectate de înapoierea elastică și sunt de obicei menținute ±0,5 mm pentru piese industriale generale şi ±0,1 până la ±0,2 mm pentru ansambluri de precizie care necesită o ajustare strânsă. Piesele ambute adânc sunt măsurate pentru variația grosimii peretelui (de obicei ± 10% din grosimea nominală a peretelui este acceptabilă), planeitatea flanșei și consistența totală a înălțimii.

Calitatea suprafeței

Calitatea acceptabilă a suprafeței pentru îndoirea și trasarea pieselor este definită de absența defectelor specifice:

• Fisuri la razele de curbură — indică o rază de îndoire insuficientă în raport cu ductilitatea materialului sau călirea excesivă; inspectat vizual și prin testarea colorantului penetrant pe componente critice
• Încrețirea — încrețituri de compresie în flanșa sau peretele pieselor trase; cauzat de forța insuficientă a suportului semifabricat; evaluate în raport cu standardele vizuale sau profilometria suprafeței
• Lăcrimare — ruptură la raza poansonului sau intrarea matriței în piesele trase; cauzate de un raport excesiv de tragere, lubrifiere insuficientă sau rază incorectă a matriței
• Coaja de portocala — textura grosieră a suprafeței cauzată de dimensiunea mare a granulelor din materia primă; controlat prin specificația materialului și verificat conform standardelor de rugozitate a suprafeței (valori Ra)
• Urare și punctare — urme de scule de la aderența metal la sculă sau resturi; controlat prin gestionarea lubrifierii și întreținerea finisajului suprafeței matriței

Măsurarea grosimii peretelui

Subțierea peretelui în piesele trase este măsurată folosind calibre de grosime cu ultrasunete sau măsurători în secțiune transversală. Zona critică de subțiere este de obicei la raza poansonului și la raza de intrare a matriței, unde tensiunea biaxială este cea mai mare. Pentru majoritatea aplicațiilor structurale, subțierea peretelui de până la 20% din grosimea nominală este acceptabil; pentru piesele care conțin presiune sau critice pentru siguranță, se aplică limite mai stricte și pot fi validate prin analiza distructivă a secțiunii transversale a probelor din primul articol.

Aplicații industriale comune pe sectoare

Piese de îndoire și desenare a metalelor sunt produse în volume care variază de la prototipuri unice la miliarde de unități anual, în aproape fiecare sector de producție. Următoarele exemple ilustrează amploarea aplicației:

Producție de automobile

Un singur vehicul de pasageri conține aproximativ 200 până la 300 de piese de tablă distincte , majoritatea produsă prin îndoire și tragere. Panourile caroseriei (uși, capotă, acoperiș, aripi) sunt extrase din semifabricate din oțel cu conținut scăzut de carbon sau de înaltă rezistență în prese de transfer mari. Componentele structurale (stâlpi A, panouri basculante, traverse) sunt profilate sau îndoite progresiv în prese de mare viteză. Rezervoarele de combustibil sunt extrase din oțel acoperit sau aluminiu. Sectorul auto conduce cel mai mare volum de formare a metalelor la nivel mondial, producția globală depășind 90 de milioane de vehicule anual.

Aerospațial și Apărare

Cadrele structurale pentru avioane, panourile de piele, pereții etanși și secțiunile nervurilor sunt produse din aliaje de aluminiu (în principal seriile 2xxx și 7xxx) folosind procese de îndoire de precizie, formare întinsă și hidroformare. Toleranțe în piesele de îndoire aerospațială sunt semnificativ mai strânse decât aplicațiile industriale generale, toleranțele profilului fiind adesea menținute la ±0,2 mm piese la scară de peste metru. Desenul este utilizat pentru componentele vaselor sub presiune, carcasele actuatorului și părțile sistemului de combustibil.

Echipamente electronice și electrice

Carcasele, șasiurile, scuturile și carcasele conectorilor pentru echipamente electronice sunt produse în volume mari prin îndoire din aliaje de oțel, aluminiu sau cupru laminate la rece. Îndoirea cu matriță progresivă de precizie permite producerea de geometrii complexe de suport și cleme la rate de sute de piese pe minut în prese de ștanțare. Desenul este utilizat pentru carcasele bateriilor, cutiile de condensatoare și carcasele electronice sigilate.

Construcții și Arhitectură

Suporturile structurale, panourile de placare a fațadei, profilele de acoperiș, tocurile ușilor și conductele HVAC sunt produse prin îndoire din oțel galvanizat, aluminiu sau oțel inoxidabil. Formarea cu rulouri - un proces de îndoire continuă - produce profile structurale lungi (pane, șine, canale) cu secțiuni transversale consistente la rate de producție ridicate. Panourile de placare arhitecturale personalizate sunt adesea produse în volume reduse folosind îndoirea presei cu frână, cu atenție detaliată pentru conservarea finisajului suprafeței.

Dispozitive și echipamente medicale

Componentele instrumentelor chirurgicale, carcasele de implant, tăvile de sterilizare și carcasele echipamentelor de diagnosticare sunt trase și îndoite din oțel inoxidabil (de obicei, de calitate 304 sau 316L) sau aliaje de titan. Aplicațiile medicale necesită cele mai înalte niveluri de finisare a suprafeței (Ra ≤ 0,8 µm pentru suprafețele adiacente implantului), trasabilitatea materialului și consistența dimensională, făcându-le printre cele mai solicitante aplicații de formare a metalelor.

Considerații de proiectare pentru piese de îndoire și desenare a metalelor

Proiectarea eficientă a pieselor de îndoire și desenare a metalului necesită cunoașterea limitărilor procesului și a modului în care geometria pieselor afectează fabricabilitatea. Câteva reguli de proiectare se aplică universal:

Indemnizație de îndoire și dezvoltare goală

Fiecare îndoire adaugă lungimea materialului semifabricatului dezvoltat (plat) în raport cu dimensiunile exterioare nominale ale piesei îndoite. Această toleranță de îndoire depinde de grosimea materialului, de raza de îndoire și de factorul K (o constantă specifică materialului care descrie poziția axei neutre). Este esențial un calcul precis al golului plat: o eroare de 0,5 mm în dezvoltare semifabricată pe o piesă cu șase coturi rezultă a Eroare dimensională cumulată de 3 mm în piesa finită—suficient pentru a provoca interferențe de asamblare sau decalaj inacceptabil în aplicațiile de precizie.

Plasarea găurii și a caracteristicilor în apropierea curbelor

Găurile, fantele și decupările plasate prea aproape de o linie de îndoire se vor distorsiona în timpul formării, pe măsură ce metalul curge în jurul razei de îndoire. Distanța minimă de la marginea găurii la o linie de îndoire este în general Raza de curbura 1,5t pentru găuri rotunde și raza de curbura 3t pentru fante paralele cu cotul. Caracteristicile mai apropiate de acest minim vor necesita fie perforarea post-bend (adăugarea unei operații), fie acceptarea distorsiunii în jurul caracteristicii.

Desenați regulile de proiectare a pieselor

Piesele ambutisate adânc sunt supuse unor constrângeri specifice de proiectare care determină dacă o piesă este fabricabilă într-un anumit număr de operații de desenare:

• Raport adâncime-diametru — piesele cu adâncimea care depășește aproximativ 75% din diametru într-o singură tragere necesită procesare în mai multe etape pentru majoritatea materialelor
• Raze de colț pe piesele desenate dreptunghiulare — colțurile sunt zonele cele mai puternic deformate; razele de colț ar trebui să fie cel puțin 3t până la 5t pentru a evita ruperea, iar raportul dintre raza colțului și înălțimea părții ar trebui să fie mai mare de 0,2 pentru fezabilitatea unei singure trageri
• Unghiuri de proiectare — ușoară conicitate (0,5° până la 2°) pe pereții pieselor trase facilitează evacuarea din matriță și reduce riscul ca piesa să se lipească de poanson
• Grosimea uniformă a peretelui — modificările bruște ale grosimii peretelui creează zone de concentrare a tensiunilor care sunt predispuse la rupere; tranzițiile treptate sunt preferate oriunde este posibil

Opțiuni de finisare a suprafeței și post-procesare

Piesele de îndoire și trefilare ale metalelor sunt adesea supuse unor tratamente de suprafață post-formare care sporesc rezistența la coroziune, aspectul, duritatea sau adecvarea pentru procesele ulterioare, cum ar fi vopsirea sau lipirea. Operațiunile obișnuite de post-procesare includ:

• Debavurare si finisare margini — îndepărtarea muchiilor ascuțite și a bavurilor de pe marginile tăiate prin turnare, șlefuire cu bandă sau debavurare robotizată, esențială pentru siguranța operatorului și pentru asamblarea în aval
• Fosfatarea zincului — acoperire de conversie aplicată pieselor din oțel înainte de vopsire, îmbunătățind aderența vopselei și oferind protecție temporară împotriva coroziunii
• Galvanizarea — zinc, nichel, crom sau staniu electrodepus pe suprafața piesei pentru rezistență la coroziune, duritate sau conductivitate
• Anodizare — oxidarea electrochimică a pieselor din aluminiu producând un strat de oxid dur, poros, care poate fi etanșat și vopsit; standard pentru piese din aluminiu pentru industria aerospațială și electronică de consum
• Acoperire cu pulbere — pulbere polimerică aplicată electrostatic, întărită la 180–200°C; oferă o acoperire de culoare durabilă, uniformă, cu rezistență excelentă la coroziune și UV pentru aplicații arhitecturale și industriale
• Pasivare — tratarea acidă a pieselor din oțel inoxidabil pentru a dizolva fierul liber de la suprafață și a restabili stratul pasiv de oxid de crom, îmbunătățind rezistența la coroziune pentru aplicații medicale și de contact alimentar