Листовой металл — это металл, сформированный в тонкие плоские заготовки, обычно с помощью промышленного процесса.
Толщина может существенно различаться; очень тонкие листы считаются фольгой или листом , а детали толщиной более 6 мм (0,25 дюйма) считаются пластинами, такими как толстолистовая сталь, класс конструкционной стали .
Листовой металл доступен в виде плоских кусков или рулонных полос. Рулоны формируются путем пропускания непрерывного листа металла через рулонную машину для резки .
В большинстве стран мира толщина листового металла последовательно указывается в миллиметрах. В США толщина листового металла обычно указывается традиционной нелинейной мерой, известной как его калибр . Чем больше номер калибра, тем тоньше металл. Обычно используемый стальной листовой металл имеет калибр от 30 до примерно 7. Калибр различается для черных ( на основе железа ) металлов и цветных металлов, таких как алюминий или медь. Толщина меди, например, измеряется в унциях, что представляет собой вес меди, содержащейся на площади в один квадратный фут. Детали, изготовленные из листового металла, должны иметь равномерную толщину для идеальных результатов. [1]
Существует множество различных металлов, которые можно превратить в листовой металл, например , алюминий , латунь , медь , сталь , олово , никель и титан . Для декоративных целей некоторые важные листовые металлы включают серебро , золото и платину (платиновый листовой металл также используется в качестве катализатора ). Эти металлические листы обрабатываются с помощью различных технологий обработки, в основном, включая холодную прокатку и горячую прокатку . Иногда процесс горячего цинкования применяется по мере необходимости, чтобы предотвратить его ржавление из-за постоянного воздействия внешней среды. Иногда на поверхность холоднокатаного листа наносится слой цветного покрытия, чтобы получить декоративный и защитный металлический лист, обычно называемый металлическим листом с цветным покрытием.
Листовой металл используется в кузовах автомобилей и грузовиков (грузовиков) , крупной бытовой технике , фюзеляжах и крыльях самолетов , белой жести для консервных банок , кровле для зданий (архитектура) и во многих других областях. Листовой металл из железа и других материалов с высокой магнитной проницаемостью , также известный как ламинированные стальные сердечники , применяется в трансформаторах и электрических машинах . Исторически важным применением листового металла была пластинчатая броня, которую носила кавалерия , и листовой металл продолжает иметь множество декоративных применений, в том числе в конской сбруе . Работники листового металла также известны как «жестяные колотушки» (или «жестяные молотки»), название произошло от удара молотком по панельным швам при установке жестяных крыш. [2]
Листы металла, выкованные вручную, использовались с древних времен в архитектурных целях. В конце 17 века прокатные станы, работающие на воде, заменили ручной процесс. Процесс выравнивания металлических листов требовал больших вращающихся железных цилиндров, которые прессовали металлические детали в листы. Для этого подходили свинец, медь, цинк, железо и позднее сталь. Олово часто использовалось для покрытия листов железа и стали, чтобы предотвратить их ржавчину. [3] Этот покрытый оловом листовой металл назывался « жестью ». Листовой металл появился в Соединенных Штатах в 1870-х годах и использовался для кровельной черепицы, штампованных декоративных потолков и наружных фасадов. Потолки из листового металла стали широко известны как « жестяные потолки » только позже, поскольку производители того периода не использовали этот термин. Популярность как черепицы, так и потолков способствовала широкому производству. С дальнейшим развитием производства стального листового металла в 1890-х годах обещание быть дешевым, прочным, простым в установке, легким и огнестойким вызвало у среднего класса значительный аппетит к изделиям из листового металла. Только в 1930-х годах и во время Второй мировой войны металлы стали дефицитными, и отрасль листового металла начала приходить в упадок. [4] Однако некоторые американские компании, такие как WF Norman Corporation, смогли остаться в бизнесе, производя другие продукты, пока проекты по сохранению исторического наследия не помогли возрождению декоративного листового металла.
Марка 304 является наиболее распространенной из трех марок. Она обеспечивает хорошую коррозионную стойкость, сохраняя при этом формуемость и свариваемость . Доступные отделки : #2B, #3 и #4. Марка 303 недоступна в виде листа. [5]
Марка 316 обладает большей коррозионной стойкостью и прочностью при повышенных температурах, чем 304. Она обычно используется для насосов , клапанов , химического оборудования и морских применений. Доступные отделки: #2B, #3 и #4. [5]
Марка 410 — это термообрабатываемая нержавеющая сталь, но она имеет более низкую коррозионную стойкость, чем другие марки. Она обычно используется в столовых приборах . Единственная доступная отделка — матовая. [5]
Сорт 430 — популярный сорт, недорогая альтернатива сортам серии 300. Используется, когда высокая коррозионная стойкость не является основным критерием. Распространенный сорт для бытовой техники, часто с матовой отделкой. [ необходима цитата ]
Алюминий широко используется в форме листового металла благодаря своей гибкости, широкому спектру опций, экономической эффективности и другим свойствам. [6] Четыре наиболее распространенных сорта алюминия, доступные в виде листового металла, — это 1100-H14, 3003-H14, 5052-H32 и 6061-T6. [5] [7]
Марка 1100-H14 — это коммерчески чистый алюминий, обладающий высокой химической и погодной устойчивостью. Он достаточно пластичен для глубокой вытяжки и сварки, но имеет низкую прочность. Он обычно используется в оборудовании для химической обработки, светоотражателях и ювелирных изделиях . [5]
Марка 3003-H14 прочнее, чем 1100, сохраняя при этом ту же формуемость и низкую стоимость. Она устойчива к коррозии и свариваема. Часто используется в штамповках , тянутых и вытянутых деталях, почтовых ящиках , шкафах , резервуарах и лопастях вентиляторов . [5]
Марка 5052-H32 намного прочнее, чем 3003, при этом сохраняя хорошую формуемость. Она сохраняет высокую коррозионную стойкость и свариваемость. Распространенные области применения включают электронные шасси, резервуары и сосуды под давлением . [5]
Сорт 6061-T6 — это распространенный термообработанный конструкционный алюминиевый сплав. Он свариваемый, коррозионно-стойкий и прочный, чем 5052, но не такой формуемый. Он теряет часть своей прочности при сварке. [5] Он используется в современных конструкциях самолетов. [8]
Латунь — это сплав меди, который широко используется в качестве листового металла. Он обладает большей прочностью, коррозионной стойкостью и формуемостью по сравнению с медью, сохраняя при этом свою проводимость.
При гидроформовке листов изменение свойств входящего рулона листа является распространенной проблемой для процесса формовки, особенно с материалами для автомобильных применений. Несмотря на то, что входящий рулон листа может соответствовать спецификациям испытаний на растяжение, в производстве часто наблюдается высокий уровень отбраковки из-за непостоянного поведения материала. Таким образом, существует острая необходимость в дискриминационном методе проверки формуемости входящего листового материала. Гидравлическое испытание на выпячивание листа имитирует условия двухосной деформации, обычно наблюдаемые в производственных операциях.
Для формирования предельных кривых материалов алюминия, мягкой стали и латуни. Теоретический анализ выполняется путем вывода основных уравнений для определения эквивалентного напряжения и эквивалентной деформации на основе выпячивания, чтобы быть сферическим и критерия текучести Трески с соответствующим правилом течения. Для эксперимента анализ круговой сетки является одним из наиболее эффективных методов. [9]
Использование калибровочных номеров для обозначения толщины листового металла не приветствуется многочисленными международными организациями по стандартизации. Например, ASTM в спецификации ASTM A480-10a заявляет: «Использование калибровочного номера не приветствуется, поскольку это архаичный термин с ограниченной полезностью, не имеющий общего соглашения по значению». [10]
Стандартный калибр производителей для листовой стали основан на средней плотности 41,82 фунта на квадратный фут на дюйм толщины [11] , что эквивалентно 501,84 фунта на кубический фут (8 038,7 кг/м 3 ). Калибр определяется по-разному для черных (на основе железа) и цветных металлов (например, алюминия и латуни).
Толщины калибра, показанные в столбце 2 (стандарт США для листового и толстолистового железа и стали, десятичный дюйм (мм)), кажутся несколько произвольными. Прогресс толщины очевиден в столбце 3 (стандарт США для листового и толстолистового железа и стали, 64-е дюйма (дельта)). Толщины изменяются сначала на 1 ⁄ 32 дюйма в более высоких толщинах, а затем уменьшаются до приращений в 1 ⁄ 64 дюйма, затем 1 ⁄ 128 дюйма, с конечными приращениями в десятичных долях 1 ⁄ 64 дюйма.
Некоторые стальные трубы изготавливаются путем складывания одного стального листа в квадрат/круг и сварки шва вместе. [12] Толщина их стенок имеет схожий (но отличающийся) размер с толщиной стальных листов. [13]
В процессе прокатки ролики слегка изгибаются, в результате чего листы становятся тоньше по краям. [5] Допуски в таблице и приложениях отражают текущую производственную практику и коммерческие стандарты и не являются репрезентативными для стандартного калибра производителя, который не имеет внутренних допусков.
Уравнение для оценки максимальной силы изгиба имеет вид:
,
где k — коэффициент, учитывающий несколько параметров, включая трение. T — предел прочности металла на растяжение. L и t — длина и толщина листового металла соответственно. Переменная W — открытая ширина V-образной или протирочной матрицы.
Процесс завивки используется для формирования кромки на кольце. Этот процесс используется для удаления острых кромок. Он также увеличивает момент инерции вблизи закрученного конца. Раструб/заусенец должен быть отвернут от матрицы. Он используется для завивки материала определенной толщины. Инструментальная сталь обычно используется из-за степени износа, вызванного эксплуатацией.
Это процесс металлообработки, при котором удаляется выпуклость, горизонтальный изгиб, из полосового материала. Это может быть сделано для конечной длины секции или рулонов. Это напоминает процесс выравнивания, но на деформированном крае.
Вытяжка — это процесс формовки, при котором металл растягивается по форме или штампу . [19] При глубокой вытяжке глубина изготавливаемой детали составляет более половины ее диаметра. Глубокая вытяжка используется для изготовления автомобильных топливных баков, кухонных моек, двухсекционных алюминиевых банок и т. д. Глубокая вытяжка обычно выполняется в несколько этапов, называемых вытяжкой. Чем больше глубина, тем больше требуется вытяжек. Глубокая вытяжка также может быть выполнена с меньшим количеством вытяжек путем нагрева заготовки, например, при изготовлении раковин.
Во многих случаях материал прокатывается на стане в обоих направлениях, чтобы способствовать глубокой вытяжке. Это приводит к более однородной структуре зерна, которая ограничивает разрывы и называется материалом «вытяжного качества».
Расширение — это процесс резки или штамповки щелей в чередующемся порядке, очень похожем на растяжку в кирпичной кладке , а затем растягивание листа в виде гармошки. Он используется в приложениях, где требуется поток воздуха и воды, а также когда требуется легкий вес за счет твердой плоской поверхности. Похожий процесс используется в других материалах, таких как бумага, для создания недорогой упаковочной бумаги с лучшими поддерживающими свойствами, чем у простой плоской бумаги.
Подгибка — это процесс складывания края листового металла на себя для укрепления этого края. Сшивание — это процесс складывания двух листов металла вместе для формирования соединения.
Гидроформовка — это процесс, аналогичный глубокой вытяжке, в котором деталь формируется путем растяжения заготовки над неподвижным штампом . Требуемое усилие создается путем прямого приложения чрезвычайно высокого гидростатического давления к заготовке или к баллону, который находится в контакте с заготовкой, а не подвижной частью штампа в механическом или гидравлическом прессе. В отличие от глубокой вытяжки, гидроформовка обычно не включает в себя уменьшение вытяжки — деталь формируется за один шаг.
Инкрементное листовое формование или процесс формования ISF по сути является обработкой листового металла или процессом формования листового металла. В этом случае лист формируется в окончательную форму с помощью серии процессов, в которых небольшая инкрементная деформация может быть выполнена в каждой серии.
Гладить — это процесс обработки листового металла или формовки листового металла. Он равномерно утончает заготовку в определенной области. Это очень полезный процесс. Он используется для производства детали с равномерной толщиной стенки и высоким отношением высоты к диаметру. Он используется при изготовлении алюминиевых банок для напитков.
Листовой металл можно резать разными способами, от ручных инструментов, называемых ножницами по металлу, до очень больших механических ножниц. С развитием технологий резка листового металла перешла к компьютерам для точной резки. Многие операции по резке листового металла основаны на лазерной резке с числовым программным управлением (ЧПУ) или многоинструментальном ЧПУ-пробивном прессе.
Лазер с ЧПУ включает перемещение линзового узла, несущего луч лазерного света по поверхности металла. Кислород, азот или воздух подаются через то же сопло, из которого выходит лазерный луч. Металл нагревается и сжигается лазерным лучом, разрезая металлический лист. [20] Качество кромки может быть зеркально гладким, и может быть получена точность около 0,1 мм (0,0039 дюйма). Скорость резки тонкого листа толщиной 1,2 мм (0,047 дюйма) может достигать 25 м (82 фута) в минуту. Большинство систем лазерной резки используют источник лазера на основе CO2 с длиной волны около 10 мкм ; некоторые более поздние системы используют лазер на основе YAG с длиной волны около 1 мкм.
Фотохимическая обработка, также известная как фототравление, представляет собой строго контролируемый процесс коррозии, который используется для производства сложных металлических деталей из листового металла с очень мелкими деталями. Процесс фототравления включает в себя нанесение фоточувствительного полимера на необработанный металлический лист. Используя разработанные в САПР фотоинструменты в качестве трафаретов, металл подвергается воздействию ультрафиолетового света, чтобы оставить рисунок дизайна, который проявляется и вытравливается на металлическом листе.
Перфорация — это процесс резки, при котором в плоской заготовке пробивается несколько небольших отверстий, расположенных близко друг к другу. Перфорированный листовой металл используется для изготовления широкого спектра инструментов для резки поверхности, таких как surform .
Это форма гибки, используемая для производства длинных тонких деталей из листового металла. Машина, которая гнет металл, называется листогибочным прессом . Нижняя часть пресса содержит V-образную канавку, называемую матрицей. Верхняя часть пресса содержит пуансон, который вдавливает листовой металл в V-образную матрицу, заставляя его изгибаться. [21] Существует несколько используемых методов, но наиболее распространенным современным методом является «воздушная гибка». Здесь матрица имеет более острый угол, чем требуемый изгиб (обычно 85 градусов для изгиба на 90 градусов), и верхний инструмент точно контролируется в своем ходе, чтобы протолкнуть металл вниз на необходимую величину, чтобы согнуть его на 90 градусов. Обычно машина общего назначения имеет доступное усилие гибки около 25 тонн на метр длины. Ширина раскрытия нижней матрицы обычно в 8-10 раз превышает толщину металла, который нужно согнуть (например, материал толщиной 5 мм можно согнуть в матрице толщиной 40 мм). Внутренний радиус изгиба, образуемого в металле, определяется не радиусом верхнего инструмента, а шириной нижнего штампа. Обычно внутренний радиус равен 1/6 ширины V, используемой в процессе формовки.
Пресс обычно имеет некий задний упор для позиционирования глубины изгиба вдоль заготовки. Задний упор может управляться компьютером, чтобы оператор мог выполнять серию изгибов компонента с высокой степенью точности. Простые машины контролируют только задний упор, более продвинутые машины контролируют положение и угол упора, его высоту и положение двух контрольных штифтов, используемых для определения положения материала. Машина также может регистрировать точное положение и давление, необходимые для каждой операции гибки, чтобы оператор мог добиться идеального изгиба на 90 градусов при различных операциях с деталью.
Штамповка выполняется путем помещения листа металлической заготовки между пуансоном и матрицей, установленной в прессе. Пуансон и матрица изготовлены из закаленной стали и имеют одинаковую форму. Размер пуансона подбирается так, чтобы он очень плотно входил в матрицу. Пресс прижимает пуансон к матрице и в нее с достаточной силой, чтобы прорезать отверстие в заготовке. В некоторых случаях пуансон и матрица «гнездятся» вместе, создавая углубление в заготовке. При прогрессивной штамповке рулон заготовки подается в длинный комплект матрицы/пуансона с множеством этапов. Несколько отверстий простой формы могут быть получены за один этап, но сложные отверстия создаются за несколько этапов. На заключительном этапе деталь вырубается из «паутины».
Типичный револьверный перфоратор с ЧПУ имеет выбор из до 60 инструментов в «револьвере», который можно вращать, чтобы привести любой инструмент в положение перфорации. Простая форма (например, квадрат, круг или шестиугольник) вырезается непосредственно из листа. Сложную форму можно вырезать, сделав много квадратных или закругленных надрезов по периметру. Перфоратор менее гибкий, чем лазер, для резки сложных форм, но быстрее для повторяющихся форм (например, решетка кондиционера). Перфоратор с ЧПУ может достигать 600 ударов в минуту.
Типичный компонент (например, боковую часть корпуса компьютера) можно вырезать с высокой точностью из чистого листа менее чем за 15 секунд с помощью пресса или лазерного станка с ЧПУ.
Непрерывная операция гибки для производства открытых профилей или сварных труб большой длины или в больших количествах.
Прокатка — это процесс обработки металла или формовки металла. При этом методе заготовка проходит через одну или несколько пар валков для уменьшения толщины. Она используется для придания однородности толщине. Она классифицируется в зависимости от температуры прокатки: [22]
Формование используется для изготовления трубчатых (осесимметричных) деталей путем закрепления листового материала на вращающейся форме ( оправке ). Ролики или жесткие инструменты прижимают материал к форме, растягивая его до тех пор, пока материал не примет форму формы. Формование используется для изготовления корпусов ракетных двигателей, носовых конусов ракет, спутниковых тарелок и металлических кухонных воронок.
Штамповка включает в себя различные операции, такие как пробивка, вырубка, тиснение, гибка, отбортовка и чеканка; простые или сложные формы могут быть сформированы с высокой производительностью; затраты на инструменты и оборудование могут быть высокими, но затраты на рабочую силу низкие.
С другой стороны, родственные методы чеканки и штамповки требуют низких затрат на инструмент и оборудование, но высоких трудозатрат.
Гидроабразивный резак, также известный как гидроабразивная резка, представляет собой инструмент, способный осуществлять контролируемую эрозию металла или других материалов с помощью струи воды с высокой скоростью и давлением или смеси воды и абразивного вещества.
Процесс использования английского колеса называется колесованием. Это в основном процесс обработки металла или формовки металла. Английское колесо используется мастером для формирования сложных кривых из плоского листа металла из алюминия или стали. Это дорого, так как требуется высококвалифицированная рабочая сила. Он может производить различные панели одним и тем же методом. Штамповочный пресс используется для больших объемов производства. [23]
Использование листового металла посредством комплексного процесса холодной обработки, включая гибку , резку, штамповку , лазерную резку , водоструйную резку , клепку , сращивание и т. д. для изготовления желаемого нами конечного продукта (например, корпуса компьютера, корпуса стиральной машины, дверные панели холодильника и т. д.), мы обычно называем изготовлением листового металла. В настоящее время в академическом сообществе нет единого определения, но этот процесс имеет общую черту, заключающуюся в том, что материал, как правило, представляет собой тонкий лист и не изменяет толщину большей части материала детали.
Крепеж, который обычно используется для листового металла, относятся: клеевые [ 24] заклепки [ 25] и винты для листового металла .
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )