Mik azok a fémhajlító rajzelemek?

Fém hajlító rajzelemek lemezalkatrészek, amelyeket két hidegalakítási eljárás – hajlítás és mélyhúzás – kombinálásával állítanak elő, hogy háromdimenziós alkatrészeket hozzanak létre precíz szögletekkel, ívelt falakkal és üreges profilokkal lapos fémlemezből. A hajlítás egy egyenes tengely mentén deformálja a fémet, szögeket, karimákat és csatornákat hozva létre, míg a rajz a lapot egy matrica fölé húzza, így mélységű csészéket, dobozokat és zárt formákat hoz létre. . Az így kapott részek megőrzik az eredeti fém szerkezeti integritását, miközben olyan összetett geometriákat érnek el, amelyeket szilárd alapanyagból történő megmunkálással kivitelezhetetlen vagy gazdaságtalan lenne előállítani.

Ezek az alkatrészek alapvetőek a modern gyártáshoz az autóiparban, a repülőgépiparban, az elektronikai iparban, az építőiparban és a fogyasztási cikkekben. Egyetlen jármű karosszériája például több száz fém hajlító és húzó alkatrészt tartalmaz – az ajtólapoktól és a tetősínektől a tartóelemekig és az üzemanyagtartály-héjakig. Az, hogy megértsék, melyek ezek az alkatrészek, hogyan készülnek, és mi szabályozza a minőségüket, elengedhetetlen tudás a mérnökök, beszerzési szakemberek és a lemezalkatrészekkel foglalkozó gyártók számára.

Hajlító alkatrészek: meghatározás, folyamat és geometria

A fém hajlító alkatrészeket úgy állítják elő, hogy erőt fejtenek ki egy lapos fém nyersdarabra egy meghatározott tengely mentén, plasztikus deformációt okozva, amely állandó szöget vagy görbületet hoz létre. Az eljárás nem távolítja el az anyagot; szabályozott képlékeny feszültség révén újraelosztja. A hajlítás külső felülete feszített, míg a belső felület összenyomódik, és a semleges tengely – a sem feszültséget, sem összenyomást nem érő sík – kb. az anyagvastagság egyharmada-fele felét a belső felülettől , a hajlítási sugártól és az anyagtulajdonságoktól függően.

Elsődleges hajlítási módszerek

Az ipari termelésben számos különböző hajlítási eljárást alkalmaznak, amelyek mindegyike különböző alkatrészgeometriákhoz, anyagvastagságokhoz és gyártási mennyiségekhez igazodik:

• V-hajlítás (levegő hajlítás és aljozás) — A leggyakoribb folyamat; egy lyukasztó a fémlapot egy V alakú szerszámba préseli. A levegő hajlítása leáll, mielőtt a lyukasztó kimélyedne, és a visszaugrási szöget használja a célszög eléréséhez; a fenékezés a lyukasztót a szerszámmal érintkezésbe hozza, így az anyagot a nagyobb pontosság érdekében megmunkálja (±0,5° tipikus aljozásnál, szemben ±1° és ±2° léghajlítással).
• U-hajlítás — Csatorna alakú vagy U-profilú alkatrészeket hoz létre egyetlen mozdulattal a megfelelő lyukasztó és szerszámpár segítségével. Gyakori szerkezeti csatornákhoz, kábeltálcákhoz és szekrénykeretekhez.
• Hengerhajlítás — Három tekercs fokozatosan deformálja a lapot vagy lemezt, hogy nagy sugarú íves részeket, például hengeres héjakat, kúpos részeket és ívelt szerkezeti elemeket hozzon létre.
• Törlő hajlítás (élhajlítás) — A lapot rögzítik, és egy törlőszerszám ráhajtja az egyik szélét, így karimák és visszatérő ajak keletkeznek. Gyakran használt présfékeken doboz- és edényformázáshoz.
• Rotációs hajlítás — Egy forgó matrica gördül végig a lap felületén, hogy minimális felületi jelöléssel hajlítsa meg, előnyösen előkészített vagy kozmetikailag érzékeny anyagoknál.

Minimális hajlítási sugár és rugózás

Két kritikus paraméter határozza meg minden hajlított alkatrész megvalósíthatóságát és pontosságát. A minimális hajlítási sugár az a legkisebb sugár, amelyre az anyag hajlítható anélkül, hogy a külső feszítőfelületen megrepedne; jellemzően az anyagvastagság (t) többszöröseként fejezik ki. Például a lágyacél (alacsony szén-dioxid-kibocsátású) minimális hajlítási sugara általában 0,5 tonnától 1 t-ig , míg a nagy szilárdságú alumíniumötvözetek megkövetelhetik 3t-tól 5t-ig minimális sugár a repedés bekövetkezése előtt.

A visszarugaszkodás a rugalmas visszaállás, amely akkor következik be, amikor a hajlítóerőt felengedjük, és az alkatrész kissé kinyílik a kívánt szögből. A visszarugaszkodás mértéke növekszik az anyag folyáshatárával, és csökken a szűkebb hajlítási sugarakkal. A technológiai mérnökök túlhajlítással (a célszögnél 2°-5°-kal szorosabb szerszámszöget használva) vagy fenékezési és bedolgozási műveletekkel kompenzálják, amelyek minimálisra csökkentik a rugalmas visszanyerést a vastagságon átnyúló műanyag feszültség miatt.

Rajz részek: meghatározás, folyamat és mélység

A húzó alkatrészeket – pontosabban mélyhúzó alkatrészeket – úgy állítják elő, hogy egy lapos fém nyersdarabot egy lyukasztó szerszámüregbe préselnek, így üreges, háromdimenziós formát alkotnak, zárt aljával és nyitott tetejével. A folyamat a karima anyagát befelé és lefelé húzza a szerszámba, enyhén elvékonyítja a falakat és megvastagítja a karimát, ahogy a fém áramlik. A rajz az italos dobozok, főzőedények, autóüzemanyag-tartályok, orvosi eszközök házai és több ezer egyéb, nagy mennyiségben gyártott üreges fém alkatrész mögötti formázási folyamat.

A mélyrajzolási folyamat sorrendje

A teljes mélyrajzi művelet a következő sorrendből áll:

1. Üres előkészítés — Lapanyagból kör alakú vagy formázott nyersdarabot vágnak ki. Az üres átmérő kiszámítása a megrajzolt alkatrész célgeometriája és az anyag húzási arányának határértékei alapján történik.
2. Üres gazdaság — Egy nyersdarab tartó (nyomópárna) szabályozott nyomással szorítja a nyersdarab karimáját a szerszám homloklapjához, megakadályozva a karima anyagának ráncosodását, amikor befelé húzódik.
3. Ütéses süllyedés — A lyukasztó leereszkedik, és a nyersdarab középső részét a szerszámüregbe nyomja. A karima anyaga feszültség alatt befelé áramlik, kialakítva a csésze falát.
4. Alkatrész kilökődés — A kihúzott alkatrészt kiütőcsapok vagy levegőkidobás segítségével lökjük ki a szerszámból.
5. Újrarajzolás (ha szükséges) — Ha a szükséges mélység-átmérő arány meghaladja az egyetlen húzással elérhetőt, az alkatrészt egy vagy több újrarajzolási műveletnek vetik alá, amelyek mindegyike csökkenti az átmérőt és fokozatosan növeli a mélységet.

Rajzolja meg az arányokat és az alakíthatósági határokat

A limitáló húzási arány (LDR) a nyersdarab átmérőjének és a lyukasztó átmérőjének azon maximális aránya, amely egyetlen húzási művelettel az alkatrész elszakadása nélkül érhető el. A legtöbb alacsony széntartalmú acél esetében az LDR kb 2,0-tól 2,2-ig , vagyis a lyukasztó átmérőjének akár 2,2-szeresét is be lehet húzni egy csészébe egy művelettel. Az alumíniumötvözetek jellemzően LDR-vel rendelkeznek 1,8-tól 2,0-ig , míg a rozsdamentes acél tól 1,8-tól 2,1-ig évfolyamtól függően. Azok az alkatrészek, amelyeknél az egyhúzású LDR-t meghaladó mélység-átmérő arányt igényelnek, több húzási szakaszban állítják elő, közbenső izzítással, ha a munkaedzés korlátozóvá válik.

Fémhajlító és -húzó alkatrészekhez használt anyagok

A hajlító és húzó részek anyagának kiválasztása megköveteli az alakíthatóság (a szükséges deformáció repedés vagy gyűrődés nélküli átvészelhetősége), a kész alkatrész szilárdságát, a korrózióállóságot és a költségeket. A következő anyagok adják az iparágak gyártási mennyiségének nagy részét:

Szerszámok hajlításhoz és húzáshoz: matricák, lyukasztók és prések

A szerszámrendszer – a matricák és lyukasztók – az alkatrészminőség és a gyártási gazdaságosság központi meghatározója a hajlítási és húzási műveleteknél. A szerszámok tervezésénél egyszerre kell figyelembe venni az anyag visszarugózását, a nyersdarab tartóerejét, a szerszámhézagot, a lyukasztási sarok sugarait és a kenési stratégiát.

Hajlító szerszámok

A hajlításhoz használt présfékszerszám egy lyukasztóból (felső szerszám) és egy présfékező gépbe szerelt matricából (alsó szerszám) áll. A szabványos európai stílusú (Wila/Trumpf-kompatibilis) szerszámrendszerek moduláris lyukasztó- és matricaszegmenseket használnak, amelyek különböző alkatrészhosszúságokhoz és -profilokhoz konfigurálhatók dedikált egyedi szerszámok nélkül – ez jelentősen csökkenti a rövid távú vagy prototípusgyártás beállítási költségeit. A nagy volumenű progresszív szerszámhajlításhoz külön edzett szerszámacél szerszám van megadva minden alkatrészgeometriához, jellemző szerszámacél keménységgel 58–62 HRC hogy a munkafelületek több millió cikluson keresztül ellenálljanak a kopásnak.

Rajzszerszámok

A mélyhúzó szerszámok lyukasztóból, matricagyűrűből és üres tartóból állnak, pontos hézaggal a lyukasztó és a matrica között (általában 10-15%-kal nagyobb, mint az anyagvastagság egyhúzásos műveletekhez), hogy lehetővé tegye a fém áramlását túlzott elvékonyodás nélkül. A matrica sarok sugarai kritikusak: a matrica túl kicsi sugara elszakítja az alkatrészt a szerszám bemeneténél; a túl nagy sugár lehetővé teszi a ráncosodást. Az acél nyomórúdja jellemzően a tól 4t-tól 10t-ig (az anyagvastagság négy-tízszerese), nagyobb rádiuszokkal a sekélyebb húzáshoz, kisebb sugarakkal pedig a mélyebb részeken a szorosabb geometria-szabályozáshoz.

Nyomja meg a Kiválasztás gombot

A hajlítási műveletek nyomófékeket (hidraulikus, szervo-elektromos vagy mechanikus) használnak, amelyek űrtartalma az anyagvastagsághoz és a hajlítási hosszhoz igazodik. A V-hajlítású lágyacél általános alapszabálya kb 8 tonna erő a hajlítási hossz méterenként és az anyagvastagság milliméterénként . A rajzolási műveletek egyszeres vagy kettős működésű hidraulikus préseket használnak, ahol a belső szán hajtja meg a lyukasztót, a külső szán pedig egymástól függetlenül szabályozza a nyersdarab tartóerejét – ez a képesség elengedhetetlen a konzisztens karimavezérléshez mélyhúzásnál.

Főbb minőségi paraméterek és mérési módszerek

A méretpontosság, a felületi integritás és az anyagtulajdonságok megtartása a fémhajlító és -húzó alkatrészek három elsődleges minőségi tartománya. Mindegyiket a műszaki rajzokban és a vonatkozó szabványokban meghatározott mérési módszerek és elfogadási kritériumok szabályozzák.

Mérettűrések

A hajlított részek szögtűrése a folyamattól függ: általában levegőhajlítás érhető el ±1° és ±2° között , míg a mélyedés és a coining elérni ±0,5° vagy jobb . A hajlított részek lineáris méreteit a rugó befolyásolja, és jellemzően hozzátartozik ±0,5 mm általános ipari alkatrészekhez és ±0,1-±0,2 mm szoros illeszkedést igénylő precíziós szerelvényekhez. A mélyhúzott részek falvastagságának változását (általában a névleges falvastagság ±10%-a elfogadható), a karima síkságát és a teljes magassági konzisztenciát mérik.

Felületi minőség

A hajlító és húzó részek elfogadható felületi minőségét a konkrét hibák hiánya határozza meg:

• Repedések a hajlítási sugaraknál — az anyag hajlékonyságához képest elégtelen hajlítási sugarat vagy túlzott munkakeményedést jelez; szemrevételezéssel és a kritikus alkatrészek festékbehatolási vizsgálatával
• Gyűrődés — kompressziós ráncok a húzott részek peremén vagy falán; az elégtelen nyersdarabtartó erő okozta; vizuális standardok vagy felületi profilometria alapján értékelve
• Szakadás — törés a lyukasztó sugaránál vagy a szerszámbelépés a húzott részeken; túlzott húzási arány, elégtelen kenés vagy nem megfelelő szerszámsugár okozza
• Narancshéj — durva felületi textúra, amelyet a kiindulási anyag nagy szemcsemérete okoz; anyagspecifikáción keresztül ellenőrzött és a felületi érdesség szabványok (Ra értékek) alapján igazolva
• Galling és pontozás — szerszámnyomok a fém és a szerszám közötti tapadásból vagy törmelékből; a kenésszabályozás és a szerszámfelület karbantartása révén vezérelhető

Falvastagság mérése

A fal elvékonyodását a húzott részeken ultrahangos vastagságmérőkkel vagy keresztmetszeti méréssel mérik. A kritikus elvékonyítási zóna jellemzően a lyukasztó sugárnál és a szerszám belépési sugaránál van, ahol a legnagyobb a kéttengelyű feszültség. A legtöbb szerkezeti alkalmazáshoz falvékonyság a névleges vastagság 20%-áig elfogadható; a nyomást tartalmazó vagy a biztonság szempontjából kritikus alkatrészekre szigorúbb határértékek vonatkoznak, és az első cikkből származó minták roncsolásos keresztmetszeti elemzésével validálhatók.

Általános ipari alkalmazások ágazatonként

Fém hajlító és húzó alkatrészek Az egyedi prototípusoktól a több milliárd darabig terjedő mennyiségben gyártják, gyakorlatilag minden gyártási ágazatban. A következő példák szemléltetik az alkalmazás szélességét:

Gépjárműgyártás

Egy személygépjármű kb 200-300 különböző fémlemez alkatrész , a többséget hajlítással és húzással állítják elő. A karosszériaelemek (ajtók, motorháztető, tető, sárvédők) alacsony szén-dioxid-kibocsátású vagy nagy szilárdságú acéllemezekből készülnek nagy transzferprésekben. A szerkezeti elemeket (A-oszlopok, lengőpanelek, kereszttartók) hengerrel alakítják vagy nagy sebességű présekben fokozatosan hajlítják. Az üzemanyagtartályok bevonatos acélból vagy alumíniumból készülnek. Az autóiparban folyik a legnagyobb mennyiségű fémalakítás világszerte, a globális termelés meghaladja a 90 millió járművet évente.

Repülés és védelem

A repülőgépek szerkezeti vázait, burkolatait, válaszfalait és bordaszakaszait alumíniumötvözetekből (elsősorban 2xxx és 7xxx sorozatból) állítják elő precíziós hajlítási, feszített alakítási és hidroformázó eljárásokkal. A repülési hajlító alkatrészek tűrései lényegesen szigorúbbak, mint az általános ipari alkalmazásoknál, és a profiltűréseket gyakran betartják ±0,2 mm méteres léptékű részek felett. A rajzot a nyomástartó edények alkatrészeihez, a működtető szerkezetek házaihoz és az üzemanyagrendszer alkatrészeihez használják.

Elektronika és elektromos berendezések

Az elektronikus berendezések burkolatait, alvázait, pajzsait és csatlakozóházait nagy mennyiségben gyártják hidegen hengerelt acélból, alumíniumból vagy rézötvözetekből hajlítással. A precíziós, progresszív szerszámhajlítás lehetővé teszi összetett konzol- és kapocsgeometriák előállítását a következő sebességgel több száz alkatrész percenként sajtoló présekben. A rajzot akkumulátorházakhoz, kondenzátordobozokhoz és zárt elektronikus burkolatokhoz használják.

Építőipar és építészet

Horganyzott acélból, alumíniumból vagy rozsdamentes acélból hajlítással készülnek a szerkezeti konzolok, a homlokzati burkolólapok, a tetőfedő profilok, az ajtókeretek és a HVAC csatornarendszerek. A hengeralakítás – egy folyamatos hajlítási eljárás – hosszú szerkezeti profilokat (szelemeneket, síneket, csatornákat) állít elő állandó keresztmetszettel, nagy gyártási sebesség mellett. Az egyedi építészeti burkolópaneleket gyakran kis mennyiségben gyártják présfékes hajlítással, különös figyelmet fordítva a felületi minőség megőrzésére.

Orvosi eszközök és berendezések

A sebészeti műszerek alkatrészeit, az implantátumházakat, a sterilizáló tálcákat és a diagnosztikai berendezések burkolatait rozsdamentes acélból (általában 304 vagy 316L minőség) vagy titánötvözetből húzzák és hajlítják. Az orvosi alkalmazások a legmagasabb szintű felületkezelést (Ra ≤ 0,8 µm az implantátumokkal szomszédos felületeknél), az anyagok nyomon követhetőségét és a méretbeli konzisztenciát követelik meg, így a legigényesebb fémformázó alkalmazások közé tartoznak.

Fémhajlító és -húzó alkatrészek tervezési szempontjai

A fém hajlító és húzó alkatrészek hatékony tervezéséhez ismerni kell a folyamat korlátait és azt, hogy az alkatrész geometriája hogyan befolyásolja a gyárthatóságot. Számos tervezési szabály általánosan érvényes:

Hajlítási juttatás és üres fejlesztés

Minden hajlítás anyaghosszt ad a kidolgozott (lapos) nyersdarabhoz a hajlított rész névleges külső méreteihez képest. Ez a hajlítási ráhagyás függ az anyagvastagságtól, a hajlítási sugártól és a K-tényezőtől (a semleges tengely helyzetét leíró anyagspecifikus állandó). A pontos lapos üres számítás elengedhetetlen: a hiba 0,5 mm vak előhívásban hat kanyarú részen a 3 mm kumulatív mérethiba a kész alkatrészben – elegendő ahhoz, hogy összeszerelési interferenciát vagy elfogadhatatlan hézagot okozzon a precíziós alkalmazásoknál.

Furatok és elemek elhelyezése kanyarokban

A hajlítási vonalhoz túl közel elhelyezett lyukak, rések és kivágások eltorzulnak az alakítás során, amikor a fém a hajlítási sugár körül áramlik. A minimális távolság a furat élétől a hajlítási vonalig általában 1,5t hajlítási sugár kerek lyukakhoz és 3t hajlítási sugár a kanyarral párhuzamos résekhez. Az ennél a minimumnál közelebbi funkciókhoz vagy hajlítás utáni piercingre (művelet hozzáadása), vagy a jellemző körüli torzítás elfogadására van szükség.

Rajzoljon alkatrésztervezési szabályokat

A mélyhúzott alkatrészekre speciális tervezési megkötések vonatkoznak, amelyek meghatározzák, hogy egy alkatrész adott számú húzási művelettel gyártható-e:

• Mélység-átmérő arány — az átmérő körülbelül 75%-át meghaladó mélységű részek egyetlen húzással többlépcsős feldolgozást igényelnek a legtöbb anyagnál
• Saroksugár a téglalap alakú húzott részeken — a sarkok a legerősebben deformált területek; a saroksugár legalább legyen 3t-tól 5t-ig a szakadás elkerülése érdekében, és a saroksugár és a részmagasság arányának nagyobbnak kell lennie 0,2-nél az egyszeri húzás megvalósíthatósága érdekében
• Huzatszögek — a húzott részek falán lévő enyhe kúpos (0,5°-2°) megkönnyíti a szerszámból való kilökődést, és csökkenti annak kockázatát, hogy az alkatrész a lyukasztóhoz tapadjon
• Egyenletes falvastagság — a falvastagság hirtelen változásai szakadásra hajlamos feszültségkoncentrációs zónákat hoznak létre; ahol csak lehetséges, a fokozatos átmeneteket részesítik előnyben

Felületkezelési és utófeldolgozási lehetőségek

A fém hajlító és húzó alkatrészeket gyakran utólagos felületkezelésnek vetik alá, amely javítja a korrózióállóságot, a megjelenést, a keménységet vagy a későbbi folyamatokhoz, például festéshez vagy ragasztáshoz való alkalmasságot. A gyakori utófeldolgozási műveletek a következők:

• Sorjázás és élsimítás – éles peremek és sorja eltávolítása a vágott élekről bukdácsolással, szalagcsiszolással vagy robotizált sorjázással, ami elengedhetetlen a kezelő biztonsága és a későbbi szerelvény illeszkedése érdekében
• Cink-foszfátozás — festés előtt az acél alkatrészekre felvitt konverziós bevonat, amely javítja a festék tapadását és ideiglenes korrózióvédelmet biztosít
• Galvanizálás — cink, nikkel, króm vagy ón elektromágneses bevonattal az alkatrész felületére a korrózióállóság, a keménység vagy a vezetőképesség érdekében
• Eloxálás — alumínium alkatrészek elektrokémiai oxidációja, amely kemény, porózus oxidréteget képez, amely lezárható és festhető; szabvány a repülőgép- és szórakoztatóelektronikai alumínium alkatrészekhez
• Porbevonat — elektrosztatikusan felvitt polimer por, 180–200°C-on kikeményítve; tartós, egyenletes színű bevonatot biztosít kiváló korrózió- és UV-állósággal építészeti és ipari alkalmazásokhoz
• Passziválás - rozsdamentes acél alkatrészek savas kezelése a szabad vas feloldására a felületről, és helyreállítja a passzív króm-oxid réteget, javítva a korrózióállóságot orvosi és élelmiszerrel érintkező alkalmazásoknál