Čo sú časti na kreslenie na ohýbanie kovov?

Kovové ohýbanie výkresových dielov sú plechové komponenty vyrábané kombináciou dvoch procesov tvárnenia za studena – ohýbania a hlbokého ťahania – na vytvorenie trojrozmerných dielov s presnými uhlovými prvkami, zakrivenými stenami a dutými profilmi z plochého plechu. Ohýbanie deformuje kov pozdĺž priamej osi, aby sa vytvorili uhly, príruby a kanály, zatiaľ čo kreslenie ťahá plech cez matricu, aby sa vytvorili poháre, škatule a uzavreté tvary s hĺbkou. . Výsledné diely si zachovávajú štrukturálnu integritu pôvodného kovu a zároveň dosahujú zložité geometrie, ktoré by bolo nepraktické alebo neekonomické vyrábať obrábaním z plného materiálu.

Tieto diely sú základom modernej výroby v automobilovom, leteckom, elektronickom, stavebnom a spotrebnom priemysle. Jedna karoséria vozidla napríklad obsahuje stovky kovových ohýbacích a výkresových dielov – od dverových panelov a strešných líšt až po zostavy konzol a škrupiny palivových nádrží. Pochopenie toho, čo tieto diely sú, ako sa vyrábajú a čím sa riadi ich kvalita, sú základnými znalosťami pre inžinierov, špecialistov na obstarávanie a výrobcov pracujúcich s kovovými komponentmi.

Ohýbané diely: Definícia, proces a geometria

Kovové ohýbané diely sa vyrábajú pôsobením sily na plochý kovový polotovar pozdĺž definovanej osi, čo spôsobuje plastickú deformáciu, ktorá vytvára trvalý uhol alebo krivku. Tento proces neodstraňuje materiál; redistribuuje ho kontrolovaným plastickým namáhaním. Vonkajší povrch ohybu je napnutý, zatiaľ čo vnútorný povrch je stlačený a neutrálna os – rovina, v ktorej nie je napätie ani stlačenie – leží približne jedna tretina až polovica hrúbky materiálu od vnútorného povrchu v závislosti od polomeru ohybu a vlastností materiálu.

Primárne metódy ohýbania

V priemyselnej výrobe sa používa niekoľko odlišných procesov ohýbania, z ktorých každý je vhodný pre rôzne geometrie dielov, hrúbky materiálu a objemy výroby:

• V-ohýbanie (vzduchové ohýbanie a dno) — Najbežnejší proces; razník lisuje kovový plech do formy v tvare V. Ohýbanie vzduchu sa zastaví skôr, ako razník vypadne, pričom sa na dosiahnutie cieľového uhla použije uhol odpruženia; spodná časť poháňa razník tak, aby sa dotkol matrice, pričom razí materiál pre vyššiu presnosť (±0,5° typické pre spodné ohýbanie vs. ±1° až ±2° pre vzduchové ohýbanie).
• U-ohýbanie — Vytvára diely v tvare kanála alebo U-profilu jediným ťahom pomocou zodpovedajúceho páru razníka a matrice. Spoločné pre konštrukčné kanály, káblové žľaby a rámy krytov.
• Ohýbanie rolky — Tri valce postupne deformujú plech alebo platňu, aby vytvorili zakrivené časti s veľkými polomermi, ako sú valcové škrupiny, kužeľové časti a zakrivené konštrukčné prvky.
• Ohýbanie stieraním (ohýbanie hrán) — Hárok sa upne a utierka prehne jeden okraj, čím sa vytvoria príruby a vratné okraje. Bežne sa používa na ohraňovacích lisoch na tvarovanie škatúľ a panví.
• Rotačné ohýbanie — Rotačná matrica sa valí po povrchu plechu a vytvára ohyby s minimálnym povrchovým značením, uprednostňuje sa pre preddokončené alebo kozmeticky citlivé materiály.

Minimálny polomer ohybu a odpruženie

Dva kritické parametre určujú uskutočniteľnosť a presnosť každého ohýbaného dielu. Minimálny polomer ohybu je najmenší polomer, na ktorý možno ohnúť materiál bez praskania na vonkajšom napínacom povrchu; zvyčajne sa vyjadruje ako násobok hrúbky materiálu (t). Napríklad mäkká oceľ (nízkouhlíková) má zvyčajne minimálny polomer ohybu 0,5t až 1t , zatiaľ čo zliatiny hliníka s vysokou pevnosťou môžu vyžadovať 3t až 5t minimálny polomer pred vznikom trhlín.

Odpruženie je elastické zotavenie, ku ktorému dochádza, keď sa uvoľní ohýbacia sila, čo spôsobí mierne otvorenie dielu zo zamýšľaného uhla. Veľkosť odpruženia sa zvyšuje s medzou klzu materiálu a klesá s menšími polomermi ohybu. Procesní inžinieri kompenzujú nadmerným ohýbaním (použitím uhla matrice o 2° až 5° tesnejšieho ako cieľový uhol) alebo použitím operácií dna a razenia, ktoré minimalizujú elastické zotavenie prostredníctvom plastickej deformácie cez hrúbku.

Diely výkresu: Definícia, Proces a Schopnosť hĺbky

Výťahové diely – presnejšie súčiastky na hlboké ťahanie – sa vyrábajú lisovaním plochého kovového polotovaru do dutiny matrice pomocou razidla, čím sa vytvorí dutý trojrozmerný tvar s uzavretým dnom a otvoreným vrchom. Proces vťahuje materiál príruby dovnútra a nadol do formy, pričom steny mierne stenčujú a prírubu zhrubnú, keď kov tečie. Kreslenie je proces formovania plechoviek od nápojov, riadu, palivových nádrží pre automobily, krytov lekárskych prístrojov a tisícok ďalších dutých kovových komponentov vyrábaných vo veľkom objeme.

Postupnosť procesu hlbokého kreslenia

Úplná operácia hlbokého ťahania zahŕňa nasledujúcu postupnosť:

1. Prázdna príprava — Z plechového polotovaru sa vyreže kruhový alebo tvarovaný polotovar. Priemer polotovaru sa vypočíta na základe cieľovej geometrie ťahaného dielu a limitov pomeru ťahania materiálu.
2. Prázdne držanie — Držiak polotovaru (prítlačná podložka) pripevňuje prírubu polotovaru k čelu matrice riadeným tlakom, čím zabraňuje pokrčeniu materiálu príruby pri jeho vťahovaní dovnútra.
3. Punčový zostup — Razník klesá a vtláča stredovú oblasť polotovaru do dutiny matrice. Materiál príruby prúdi pod napätím dovnútra a vytvára stenu misky.
4. Vysunutie časti — Ťahaný diel sa vysunie z matrice pomocou vylamovacích kolíkov alebo vzduchového vyhadzovania.
5. Prekreslenie (ak je potrebné) — Ak požadovaný pomer hĺbky k priemeru presahuje to, čo je možné dosiahnuť jedným ťahom, dielec sa podrobí jednej alebo viacerým operáciám prekresľovania, pričom každá z nich postupne zmenšuje priemer a zväčšuje hĺbku.

Hranice ťažného pomeru a tvarovateľnosti

Limitný pomer ťahania (LDR) je maximálny pomer priemeru polotovaru k priemeru razníka, ktorý možno dosiahnuť pri jednej operácii ťahania bez roztrhnutia dielu. Pre väčšinu nízkouhlíkových ocelí je LDR približne 2,0 až 2,2 , čo znamená, že polotovar až do 2,2-násobku priemeru razníka možno vtiahnuť do pohára v jednej operácii. Zliatiny hliníka majú zvyčajne LDR 1,8 až 2,0 , zatiaľ čo nehrdzavejúca oceľ sa pohybuje od 1.8 až 2.1 v závislosti od ročníka. Diely vyžadujúce pomery hĺbky k priemeru, ktoré presahujú LDR s jedným ťahom, sa vyrábajú vo viacerých stupňoch ťahania so stredným žíhaním, ak sa pracovné spevnenie stane limitujúcim.

Materiály používané na ohýbanie a kreslenie kovov

Výber materiálu na ohýbanie a ťahanie dielov si vyžaduje vyváženú tvarovateľnosť (schopnosť podstúpiť požadovanú deformáciu bez praskania alebo zvrásnenia), pevnosť hotového dielu, odolnosť proti korózii a náklady. Nasledujúce materiály predstavujú väčšinu objemu výroby v odvetviach:

Nástroje na ohýbanie a kreslenie: matrice, razidlá a lisy

Nástrojový systém – matrice a raznice – je ústredným determinantom kvality dielu a ekonomiky výroby pri operáciách ohýbania a ťahania. Návrh nástrojov musí súčasne brať do úvahy spätné pruženie materiálu, silu držiaka polotovaru, vôľu matrice, polomery rohov razníka a stratégiu mazania.

Ohýbacie nástroje

Ohraňovací nástroj na ohýbanie pozostáva z razidla (horný nástroj) a matrice (spodný nástroj) namontovaných v ohraňovacom stroji. Štandardné nástrojové systémy v európskom štýle (kompatibilné s Wila/Trumpf) používajú modulárne segmenty razidiel a lisovníc, ktoré je možné konfigurovať pre rôzne dĺžky dielov a profily bez špeciálneho vlastného náradia – čo výrazne znižuje náklady na nastavenie pri malosériovej alebo prototypovej výrobe. Pre veľkoobjemové progresívne ohýbanie lisovníc sú pre každú geometriu dielu špecifikované špeciálne nástroje z kalenej nástrojovej ocele s typickou tvrdosťou nástrojovej ocele 58-62 HRC pre pracovné povrchy, ktoré odolávajú opotrebovaniu počas miliónov cyklov.

Nástroje na kreslenie

Zápustky pre hlboké ťahanie pozostávajú z razidla, krúžku matrice a držiaka polotovaru s presnou vôľou medzi razníkom a matricou (zvyčajne o 10 % až 15 % väčšia ako hrúbka materiálu pre operácie s jedným ťahom), aby sa umožnil tok kovu bez nadmerného riedenia. Polomery rohov matrice sú kritické: príliš malý polomer matrice roztrhne diel na vstupe matrice; príliš veľký polomer umožňuje zvrásnenie. Polomery lisovnice pre oceľ sa zvyčajne pohybujú od 4t až 10t (štyri až desaťnásobok hrúbky materiálu), pričom väčšie polomery sa používajú na plytšie ťahy a menšie polomery na prísnejšie ovládanie geometrie v hlbších častiach.

Stlačte Selection

Ohýbacie operácie využívajú ohraňovacie lisy (hydraulické, servoelektrické alebo mechanické) s tonážou prispôsobenou hrúbke materiálu a dĺžke ohýbania. Bežné pravidlo pre ohýbanie mäkkej ocele do V vyžaduje približne 8 ton sily na meter dĺžky ohybu na milimeter hrúbky materiálu . Ťahacie operácie využívajú jednočinné alebo dvojčinné hydraulické lisy, kde vnútorný posúvač poháňa razidlo a vonkajší posúvač nezávisle ovláda silu držiaka polotovaru – čo je schopnosť, ktorá je nevyhnutná pre konzistentné ovládanie príruby pri hlbokom ťahaní.

Kľúčové parametre kvality a metódy merania

Presnosť rozmerov, integrita povrchu a zachovanie materiálových vlastností sú tri primárne domény kvality pre kovové ohýbanie a ťahanie dielov. Každý sa riadi špecifickými metódami merania a akceptačnými kritériami definovanými v technických výkresoch a príslušných normách.

Rozmerové tolerancie

Tolerancie uhla pre ohýbané diely závisia od procesu: zvyčajne sa dosahuje ohýbanie vzduchom ±1° až ±2° , zatiaľ čo dno a razenie dosiahnuť ±0,5° alebo lepšie . Lineárne rozmery na ohnutých častiach sú ovplyvnené pružením a zvyčajne sa dodržiavajú ±0,5 mm pre všeobecné priemyselné diely a ±0,1 až ±0,2 mm pre presné zostavy vyžadujúce tesné nasadenie. Hlboko ťahané diely sa merajú z hľadiska variácie hrúbky steny (zvyčajne je akceptovateľných ±10 % nominálnej hrúbky steny), rovinnosti príruby a konzistencie celkovej výšky.

Kvalita povrchu

Prijateľná kvalita povrchu ohýbaných a ťahaných dielov je definovaná absenciou špecifických chýb:

• Trhliny na polomeroch ohybu — naznačujúci nedostatočný polomer ohybu vzhľadom na ťažnosť materiálu alebo nadmerné spevnenie; kontrolované vizuálne a testovaním penetračného náteru na kritických komponentoch
• Vráskavosť — kompresné vrásky v prírube alebo stene ťahaných častí; spôsobené nedostatočnou silou držiaka polotovaru; hodnotené oproti vizuálnym štandardom alebo povrchovej profilometrii
• Trhanie — zlomenina na polomere razidla alebo vstupe matrice v ťahaných častiach; spôsobené nadmerným ťahovým pomerom, nedostatočným mazaním alebo nesprávnym polomerom matrice
• Pomarančová kôra — hrubá štruktúra povrchu spôsobená veľkou veľkosťou zŕn vo východiskovom materiáli; kontrolované prostredníctvom špecifikácie materiálu a overené podľa noriem drsnosti povrchu (hodnoty Ra)
• Žalovanie a skórovanie — stopy po nástroji od priľnavosti kovu k nástroju alebo úlomkov; riadené riadením mazania a údržbou povrchovej úpravy matrice

Meranie hrúbky steny

Stenčovanie stien v ťahaných dieloch sa meria pomocou ultrazvukových hrúbkomerov alebo meraním prierezu. Kritická zóna stenčenia je typicky na polomere razidla a polomere vstupu matrice, kde je biaxiálne napätie najvyššie. Pre väčšinu konštrukčných aplikácií, stenčenie steny do 20 % menovitej hrúbky je prijateľné; pre časti obsahujúce tlak alebo časti kritické z hľadiska bezpečnosti platia prísnejšie limity a možno ich overiť deštruktívnou analýzou prierezu vzoriek prvého výrobku.

Spoločné priemyselné aplikácie podľa sektorov

Kovové ohýbanie a ťahanie dielov sa vyrábajú v objemoch od jednotlivých prototypov až po miliardy kusov ročne prakticky v každom výrobnom sektore. Nasledujúce príklady ilustrujú rozsah použitia:

Automobilová výroba

Jedno osobné vozidlo obsahuje približne 200 až 300 odlišných plechových dielov , väčšina vyrábaná ohýbaním a ťahaním. Panely karosérie (dvere, kapota, strecha, blatníky) sú vyrábané z nízkouhlíkových alebo vysokopevnostných oceľových polotovarov vo veľkých transferových lisoch. Konštrukčné komponenty (A-stĺpiky, vahadla, priečniky) sú valcované alebo progresívne ohýbané vo vysokorýchlostných lisoch. Palivové nádrže sú vyrobené z lakovanej ocele alebo hliníka. Automobilový sektor poháňa najväčší objem tvárnenia kovov na svete s celosvetovou produkciou presahujúcou 90 miliónov vozidiel ročne.

Letectvo a obrana

Konštrukčné rámy lietadiel, opláštené panely, priedely a rebrové časti sa vyrábajú z hliníkových zliatin (predovšetkým série 2xxx a 7xxx) pomocou procesov presného ohýbania, ťahového tvárnenia a hydraulického tvárnenia. Tolerancie ohýbaných dielov v leteckom a kozmickom priestore sú podstatne prísnejšie ako bežné priemyselné aplikácie, pričom sa často dodržiavajú tolerancie profilu ±0,2 mm časti nad metrové rozmery. Výkres sa používa pre komponenty tlakovej nádoby, kryty ovládačov a časti palivového systému.

Elektronika a elektrické zariadenia

Kryty, šasi, štíty a kryty konektorov pre elektronické zariadenia sa vyrábajú vo veľkých objemoch ohýbaním zo za studena valcovanej ocele, hliníka alebo zliatin medi. Presné progresívne ohýbanie matrice umožňuje vyrábať zložité geometrie držiakov a príchytiek pri rýchlostiach stovky dielov za minútu v raziacich lisoch. Výkres sa používa pre kryty batérií, plechovky kondenzátorov a zapečatené elektronické kryty.

Stavebníctvo a architektúra

Konštrukčné konzoly, fasádne obkladové panely, strešné profily, zárubne a vzduchotechnické potrubie sú vyrábané ohýbaním z pozinkovanej ocele, hliníka alebo nehrdzavejúcej ocele. Valcovanie – kontinuálny proces ohýbania – vytvára dlhé konštrukčné profily (väznice, koľajnice, kanály) s konzistentnými prierezmi pri vysokých výrobných rýchlostiach. Zákazkové architektonické obkladové panely sa často vyrábajú v malých objemoch ohýbaním ohraňovacieho lisu s podrobným dôrazom na zachovanie povrchovej úpravy.

Lekárske prístroje a vybavenie

Komponenty chirurgických nástrojov, kryty implantátov, sterilizačné podnosy a kryty diagnostických zariadení sú ťahané a ohýbané z nehrdzavejúcej ocele (zvyčajne triedy 304 alebo 316L) alebo zliatin titánu. Medicínske aplikácie vyžadujú najvyššiu úroveň povrchovej úpravy (Ra ≤ 0,8 µm pre povrchy priľahlé k implantátu), vysledovateľnosť materiálu a rozmerovú konzistenciu, vďaka čomu patria medzi najnáročnejšie aplikácie tvárnenia kovov.

Úvahy o dizajne dielov na ohýbanie a kreslenie kovov

Efektívny návrh kovových ohýbacích a ťahaných dielov si vyžaduje znalosť obmedzení procesu a toho, ako geometria dielu ovplyvňuje vyrobiteľnosť. Niekoľko pravidiel dizajnu platí univerzálne:

Prídavok na ohyb a vývoj polotovaru

Každý ohyb pridáva dĺžku materiálu rozvinutému (plochému) polotovaru vzhľadom na nominálne vonkajšie rozmery ohýbaného dielu. Prídavok na ohyb závisí od hrúbky materiálu, polomeru ohybu a K-faktora (konštanta špecifická pre materiál opisujúca polohu neutrálnej osi). Presný výpočet plochého polotovaru je nevyhnutný: chyba z 0,5 mm vo vývoji polotovaru na časti so šiestimi ohybmi vedie k a 3 mm kumulatívna rozmerová chyba v hotovej súčiastke - dostatočné na to, aby spôsobili interferenciu zostavy alebo neprijateľnú medzeru pri presných aplikáciách.

Umiestnenie otvorov a prvkov v blízkosti ohybov

Otvory, štrbiny a výrezy umiestnené príliš blízko k línii ohybu sa počas tvarovania deformujú, keď kov obteká polomer ohybu. Minimálna vzdialenosť od okraja otvoru k línii ohybu je všeobecne polomer ohybu 1,5t pre okrúhle otvory a polomer ohybu 3t pre štrbiny rovnobežné s ohybom. Prvky bližšie ako toto minimum budú vyžadovať buď prepichnutie po ohybe (pridanie operácie) alebo akceptovanie skreslenia okolo prvku.

Pravidlá navrhovania dielov

Hlboko ťahané diely podliehajú špecifickým konštrukčným obmedzeniam, ktoré určujú, či sa diel dá vyrobiť v danom počte operácií ťahania:

• Pomer hĺbky k priemeru — diely s hĺbkou presahujúcou približne 75 % priemeru pri jedinom ťahaní vyžadujú pri väčšine materiálov viacstupňové spracovanie
• Polomery rohov na pravouhlých ťahaných častiach — rohy sú najviac deformované oblasti; polomery rohov by mali byť min 3t až 5t aby sa predišlo roztrhnutiu a pomer polomeru rohu k výške dielu by mal byť väčší ako 0,2 pre uskutočniteľnosť jedného ťahu
• Uhly ponoru — mierne skosenie (0,5° až 2°) na stenách ťahaných dielov uľahčuje vyhadzovanie z matrice a znižuje riziko prilepenia dielu k razníku
• Rovnomerná hrúbka steny — prudké zmeny hrúbky steny vytvárajú zóny koncentrácie napätia, ktoré sú náchylné na roztrhnutie; postupné prechody sa uprednostňujú všade tam, kde je to možné

Možnosti povrchovej úpravy a následného spracovania

Časti na ohýbanie a ťahanie kovov sa často podrobujú povrchovým úpravám po tvarovaní, ktoré zvyšujú odolnosť proti korózii, vzhľad, tvrdosť alebo vhodnosť pre následné procesy, ako je lakovanie alebo lepenie. Bežné operácie následného spracovania zahŕňajú:

• Odihlovanie a konečná úprava hrán — odstraňovanie ostrých hrán a otrepov z rezných hrán pomocou otáčania, pásového brúsenia alebo robotického odihlovania, čo je nevyhnutné pre bezpečnosť operátora a montáž nadol
• Zinkové fosfátovanie — konverzný náter aplikovaný na oceľové diely pred lakovaním, ktorý zlepšuje priľnavosť náteru a poskytuje dočasnú ochranu proti korózii
• Galvanické pokovovanie — zinok, nikel, chróm alebo cín elektrolyticky nanesený na povrch dielu kvôli odolnosti proti korózii, tvrdosti alebo vodivosti
• Eloxovanie — elektrochemická oxidácia hliníkových častí vytvárajúca tvrdú, poréznu oxidovú vrstvu, ktorú možno utesniť a farbiť; štandard pre hliníkové diely pre letectvo a spotrebnú elektroniku
• Práškové lakovanie — elektrostaticky aplikovaný polymérny prášok vytvrdzovaný pri 180–200 °C; poskytuje trvanlivý, jednotný farebný náter s vynikajúcou odolnosťou proti korózii a UV žiareniu pre architektonické a priemyselné aplikácie
• Pasivácia — Ošetrenie dielov z nehrdzavejúcej ocele kyselinou na rozpustenie voľného železa z povrchu a obnovenie pasívnej vrstvy oxidu chrómu, čím sa zlepšuje odolnosť proti korózii pre lekárske aplikácie a aplikácie prichádzajúce do kontaktu s potravinami