Листовой металл — это металл , который формуют в тонкие плоские куски, обычно с помощью промышленного процесса.
Толщина может значительно различаться; чрезвычайно тонкие листы считаются фольгой или листом , а детали толщиной более 6 мм (0,25 дюйма) считаются пластинами, такими как листовая сталь, класс конструкционной стали .
Листовой металл доступен в виде плоских кусков или рулонных полос. Рулоны формируются путем пропускания непрерывного листа металла через продольно-резательную машину .
В большинстве стран мира толщина листового металла постоянно указывается в миллиметрах. В США толщина листового металла обычно определяется традиционной нелинейной мерой, известной как калибр . Чем больше номер калибра, тем тоньше металл. Обычно используемый стальной листовой металл имеет толщину от 30 до 7 калибра. Калибр различается для черных металлов ( на основе железа ) и цветных металлов, таких как алюминий или медь. Толщина меди, например, измеряется в унциях, что соответствует весу меди, содержащейся на площади в один квадратный фут. Для достижения идеальных результатов детали, изготовленные из листового металла, должны иметь одинаковую толщину. [1]
Существует множество различных металлов, из которых можно изготавливать листовой металл, например алюминий , латунь , медь , сталь , олово , никель и титан . Для декоративных целей некоторые важные листовые металлы включают серебро , золото и платину (листовой платиновый металл также используется в качестве катализатора ). Эти металлические листы обрабатываются с помощью различных технологий обработки, в основном включая холодную и горячую прокатку . Иногда при необходимости применяется процесс горячего цинкования , чтобы предотвратить ржавчину из-за постоянного воздействия окружающей среды. Иногда на поверхность холоднокатаного листа наносят слой цветного покрытия для получения декоративного и защитного металлического листа, обычно называемого металлическим листом с цветным покрытием.
Листовой металл используется в кузовах легковых и грузовых автомобилей , крупной бытовой технике , фюзеляжах и крыльях самолетов , белой жести для консервных банок , кровле зданий (архитектуре) и во многих других областях. Листовой металл из железа и других материалов с высокой магнитной проницаемостью , также известный как ламинированные стальные сердечники , находит применение в трансформаторах и электрических машинах . Исторически листовой металл использовался в пластинчатых доспехах , которые носила кавалерия , а листовой металл по-прежнему находит множество декоративных применений, в том числе в конском снаряжении . Рабочие по обработке листового металла также известны как «оловянные молотки» (или «оловянные молотки»), это название происходит от забивания швов панелей при установке жестяных крыш. [2]
Металлические листы ручной ковки использовались с древних времен в архитектурных целях. В конце 17 века на смену ручному процессу пришли прокатные станы с водяным приводом. Процесс выравнивания металлических листов требовал больших вращающихся железных цилиндров, которые прессовали металлические детали в листы. Подходящими для этого металлами были свинец, медь, цинк, железо, а позже и сталь. Олово часто использовалось для покрытия листов железа и стали, чтобы предотвратить их ржавчину. [3] Этот оловянный листовой металл назывался « жесть ». Листовой металл появился в Соединенных Штатах в 1870-х годах и использовался для изготовления гонтовой кровли, 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 черепицы и потолков способствовала широкому распространению их производства. С дальнейшим развитием производства стального листового металла в 1890-х годах обещание быть дешевым, долговечным, простым в установке, легким и огнестойким вызвало у среднего класса значительный аппетит к изделиям из листового металла. Лишь в 1930-е годы и во время Второй мировой войны металлы стали дефицитными, а промышленность листового металла начала приходить в упадок. [4] Однако некоторые американские компании, такие как WF Norman Corporation, смогли продолжать бизнес, производя другую продукцию, пока проекты по сохранению исторического наследия не способствовали возрождению декоративного листового металла.
Оценка 304 является наиболее распространенной из трех оценок. Он обеспечивает хорошую коррозионную стойкость, сохраняя при этом формуемость и свариваемость . Доступные варианты отделки : №2B, №3 и №4. Оценка 303 не выпускается в листовом виде. [5]
Марка 316 обладает большей коррозионной стойкостью и прочностью при повышенных температурах, чем марка 304. Она обычно используется для насосов , клапанов , химического оборудования и морского применения. Доступные варианты отделки: №2B, №3 и №4. [5]
Марка 410 — это термообрабатываемая нержавеющая сталь, но она имеет более низкую коррозионную стойкость, чем другие марки. Его обычно используют в столовых приборах . Единственная доступная отделка — матовая. [5]
Марка 430 — популярная и недорогая альтернатива маркам серии 300. Это используется, когда высокая коррозионная стойкость не является основным критерием. Обычный сорт бытовой техники, часто с матовой отделкой. [ нужна цитата ]
Алюминий широко используется в виде листового металла благодаря его гибкости, широкому спектру возможностей, экономической эффективности и другим свойствам. [6] Четыре наиболее распространенные марки алюминия, доступные в виде листового металла, — это 1100-H14, 3003-H14, 5052-H32 и 6061-T6. [5] [7]
Марка 1100-H14 представляет собой технически чистый алюминий, обладающий высокой химической стойкостью и устойчивостью к атмосферным воздействиям. Он достаточно пластичен для глубокой вытяжки и сварки, но имеет низкую прочность. Он обычно используется в оборудовании химической обработки, светоотражателях и ювелирных изделиях . [5]
Марка 3003-H14 прочнее марки 1100, сохраняя при этом ту же формуемость и низкую стоимость. Он устойчив к коррозии и сваривается. Его часто используют в штамповках , штампованных и тянутых деталях, почтовых ящиках , шкафах , резервуарах и лопастях вентиляторов . [5]
Марка 5052-H32 намного прочнее марки 3003, сохраняя при этом хорошую формуемость. Он сохраняет высокую коррозионную стойкость и свариваемость. Общие области применения включают электронные шасси, резервуары и сосуды под давлением . [5]
Марка 6061-T6 — это обычный термообработанный конструкционный алюминиевый сплав. Он пригоден для сварки, устойчив к коррозии и прочнее, чем 5052, но не так пластичен. При сварке он теряет часть своей прочности. [5] Используется в конструкциях современных самолетов. [8]
Латунь – это сплав меди, который широко используется в качестве листового металла. Он обладает большей прочностью, коррозионной стойкостью и пластичностью по сравнению с медью, сохраняя при этом свою проводимость.
При гидроформовке листов изменение свойств входящих рулонов листов является распространенной проблемой процесса формования, особенно с материалами для автомобильной промышленности. Несмотря на то, что поступающий рулон листов может соответствовать спецификациям испытаний на растяжение, на производстве часто наблюдается высокий процент брака из-за нестабильного поведения материала. Таким образом, существует острая потребность в избирательном методе испытания формуемости поступающего листового материала. Гидравлическое испытание на выпуклость листа имитирует условия двухосной деформации, обычно наблюдаемые в производственных операциях.
Для формирования предельных кривых материалов алюминия, мягкой стали и латуни. Теоретический анализ проводится путем вывода основных уравнений для определения эквивалентного напряжения и эквивалентной деформации на основе сферического выпучивания и критерия текучести Трески с соответствующим правилом потока. Для экспериментов анализ круговой сетки является одним из наиболее эффективных методов. [9]
Многие международные организации по стандартизации не одобряют использование номеров калибра для обозначения толщины листового металла. Например, в спецификации ASTM A480-10a ASTM указано: «Использование калибра не рекомендуется, поскольку это архаичный термин ограниченной полезности, не имеющий общего согласия по значению». [10]
Стандартный калибр производителей листовой стали основан на средней плотности 41,82 фунта на квадратный фут на дюйм толщины, [11] что эквивалентно 501,84 фунта на кубический фут (8038,7 кг/м 3 ). Калибр определяется по-разному для черных (на основе железа) и цветных металлов (например, алюминия и латуни).
Толщина, указанная в столбце 2 (стандарт США для листового и листового железа и стали, десятичные дюймы (мм)) кажется несколько произвольным. Изменение толщины видно в столбце 3 (стандарт США для листового железа и стали 64 дюйма (дельта)). Толщина варьируется сначала на 1 ⁄ 32 дюйма при большей толщине, а затем снижается до приращений 1 ⁄ 64 дюйма, затем 1 ⁄ 128 дюйма, с конечным шагом в десятичных долях 1 ⁄ 64 дюйма.
Некоторые стальные трубы изготавливаются путем складывания одного стального листа в квадрат/круг и сварки шва. [12] Толщина их стенок аналогична (но отличается) толщине стальных листов. [13]
В процессе прокатки валки слегка прогибаются, 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 присущих допусков.
Уравнение для оценки максимальной изгибающей силы:
,
где k — коэффициент, учитывающий несколько параметров, включая трение. Т — предел прочности металла на разрыв. L и t — длина и толщина листового металла соответственно. Переменная W представляет собой открытую ширину V-образной или вытирающей матрицы.
Процесс завивки используется для формирования края кольца. Этот процесс используется для удаления острых краев. Это также увеличивает момент инерции возле загнутого конца. Раструб/заусенец должен быть отвернут от матрицы. Используется для скручивания материала определенной толщины. Инструментальная сталь обычно используется из-за сильного износа в процессе эксплуатации.
Это процесс обработки металла по удалению выпуклости, горизонтального изгиба, из материала в форме полосы. Это может быть сделано для секции или катушек конечной длины. Это похоже на уплощение процесса выравнивания, но на деформированном крае.
Рисование — 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 уменьшением вытяжки. Чем больше глубина, тем больше сокращений требуется. Глубокую вытяжку также можно выполнить с меньшими обжатиями путем нагрева заготовки, например, при производстве моек.
Во многих случаях материал прокатывают на стане в обоих направлениях, чтобы облегчить глубокую вытяжку. Это приводит к более однородной зернистой структуре, которая ограничивает разрыв и называется материалом с «качеством вытяжки».
Расширение — это процесс вырезания или штамповки прорезей попеременно, очень похоже на склеивание подрамников в кирпичной кладке , а затем растягивание листа в раскрытом виде, подобно аккордеону. Он используется в тех случаях, когда желателен поток воздуха и воды, а также когда требуется легкий вес за счет твердой плоской поверхности. Подобный процесс используется с другими материалами, такими как бумага, для создания недорогой упаковочной бумаги с лучшими поддерживающими свойствами, чем просто плоская бумага.
Подшивка — это процесс складывания края листового металла на себя для усиления этого края. Сварка — это процесс сгибания двух листов металла вместе для образования соединения.
Гидроформовка — это процесс, аналогичный глубокой вытяжке, при котором деталь формируется путем растяжения заготовки над неподвижной матрицей . Требуемая сила создается за счет прямого приложения чрезвычайно высокого гидростатического давления к заготовке или баллону, который находится в контакте с заготовкой, а не за счет подвижной части матрицы в механическом или гидравлическом прессе. В отличие от глубокой вытяжки, гидроформовка обычно не предполагает уменьшения вытяжки — деталь формируется за один этап.
Поэтапное формование листов или процесс формования ISF — это, по сути, обработка листового металла или процесс формования листового металла. В этом случае листу придается окончательная форма посредством серии процессов, в которых в каждой серии может выполняться небольшая дополнительная деформация.
Гладение — это процесс обработки листового металла или формования листового металла. Он равномерно утончает заготовку в определенной области. Это очень полезный процесс. Он используется для изготовления деталей с одинаковой толщиной стенки и высоким соотношением высоты к диаметру. Его используют при изготовлении алюминиевых банок для напитков.
Листовой металл можно резать разными способами: от ручных инструментов, называемых ножницами для жести , до очень больших механических ножниц. С развитием технологий резка листового металла превратилась в компьютеры для точной резки. Многие операции по резке листового металла основаны на лазерной резке с числовым программным управлением (ЧПУ) или многофункциональном пробивном прессе с ЧПУ.
Лазер с ЧПУ предполагает перемещение узла линзы, несущего луч лазерного света по поверхности металла. Кислород, азот или воздух подаются через то же сопло, из которого выходит лазерный луч. Металл нагревается и обжигается лазерным лучом, разрезая металлический лист. [20] Край может быть зеркально гладким и достигать точности 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. В большинстве систем лазерной резки используется источник лазера на основе CO 2 с длиной волны около 10 мкм ; в некоторых более поздних системах используется 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 изготовления сложных металлических деталей из листового металла с очень мелкими деталями. Процесс фототравления включает в себя нанесение фоточувствительного полимера на необработанный металлический лист. Используя фотоинструменты, разработанные САПР в качестве трафаретов, металл подвергается воздействию ультрафиолетового света, чтобы оставить узор, который разрабатывается и вытравливается на металлическом листе.
Перфорация — это процесс резки, при котором в плоской заготовке пробивают несколько небольших отверстий близко друг к другу. Перфорированный листовой металл используется для изготовления широкого спектра инструментов для резки поверхностей, таких как Surform .
Это форма гибки , используемая для изготовления длинных и тонких деталей из листового металла. Машина, сгибающая металл, называется листогибочным прессом . В нижней части пресса имеется V-образный паз, называемый матрицей. Верхняя часть пресса содержит пуансон, который прижимает листовой металл к v-образной матрице, заставляя его сгибаться. [21] Существует несколько техник, но наиболее распространенным современным методом является «воздушное изгибание». Здесь матрица имеет более острый угол, чем требуемый изгиб (обычно 85 градусов для изгиба на 90 градусов), а ход верхнего инструмента точно контролируется, чтобы протолкнуть металл вниз на необходимую величину, чтобы согнуть его на 90 градусов. Обычно машина общего назначения имеет доступную силу изгиба около 25 тонн на метр длины. Ширина отверстия нижней матрицы обычно в 8–10 раз превышает толщину сгибаемого металла (например, материал толщиной 5 мм можно согнуть с помощью матрицы диаметром 40 мм). Внутренний радиус изгиба, образующегося в металле, определяется не радиусом верхнего инструмента, а шириной нижней матрицы. Обычно внутренний радиус равен 1/6 ширины V, используемой в процессе формовки.
Пресс обычно имеет какой-то задний упор для определения глубины изгиба вдоль заготовки. Задний упор может управляться компьютером, что позволяет оператору выполнять серию изгибов детали с высокой степенью точности. Простые машины контролируют только ограничитель обратного хода, более совершенные машины контролируют положение и угол упора, его высоту и положение двух опорных штифтов, используемых для определения местоположения материала. Машина также может записывать точное положение и давление, необходимое для каждой операции гибки, что позволяет оператору добиться идеального изгиба на 90 градусов при различных операциях с деталью.
Штамповка осуществляется путем помещения листа металлической заготовки между пуансоном и матрицей, установленной в прессе. Пуансон и матрица изготовлены из закаленной стали и имеют одинаковую форму. Пуансон имеет такой размер, чтобы очень плотно прилегать к штампу. Пресс прижимает пуансон к матрице с достаточной силой, чтобы проделать отверстие в заготовке. В некоторых случаях пуансон и матрица «гнездятся» вместе, создавая углубление в ложе. При прогрессивной штамповке рулон заготовки подается в длинный многоступенчатый набор штампов/пуансонов. Несколько отверстий простой формы могут быть изготовлены за один этап, но отверстия сложной формы создаются в несколько этапов. На заключительном этапе деталь освобождается от «паутины».
Типичный револьверный перфоратор с ЧПУ имеет возможность выбора до 60 инструментов в «револьверной головке», которую можно вращать, чтобы переместить любой инструмент в положение штамповки. Простая форма (например, квадрат, круг или шестиугольник) вырезается прямо из листа. Сложную форму можно вырезать, сделав по периметру множество квадратных или закругленных надрезов. Пробойник менее гибок, чем лазер, для резки сложных фигур, но быстрее для повторяющихся фигур (например, решетка кондиционера). Пуансон с ЧПУ может достигать 600 ударов в минуту.
Типичный компонент (например, боковая 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 обработка металлов или процесс формовки металлов. В этом методе заготовка проходит через одну или несколько пар валков для уменьшения толщины. Используется для обеспечения равномерной толщины. Классифицируется по температуре прокатки: [22]
Прядение применяется для изготовления трубчатых (осесимметричных) деталей путем закрепления куска листовой заготовки на вращающейся форме ( оправке ). Ролики или жесткие инструменты прижимают заготовку к форме, растягивая ее до тех пор, пока заготовка не примет форму формы. Прядение используется для изготовления корпусов ракетных двигателей, носовых обтекателей ракет, спутниковых тарелок и металлических кухонных воронок.
Штамповка включает в себя различные операции, такие как штамповка, вырубка, тиснение, гибка, отбортовка и чеканка; простые или сложные формы могут быть изготовлены с высокой производительностью; Затраты на инструменты и оборудование могут быть высокими, но затраты на рабочую силу низкие.
Альтернативно, соответствующие методы репуссирования и чеканки имеют низкие затраты на инструменты и оборудование, но высокие затраты на рабочую силу.
Гидроабразивный резак, также известный как водоструйный резак, представляет собой инструмент, способный осуществлять контролируемую эрозию металла или других материалов с использованием струи воды с высокой скоростью и давлением или смеси воды и абразивного вещества.
Процесс использования английского колеса называется вращением. По сути, это процесс обработки металла или формовки металла. Английское колесо используется мастером для формирования сложных кривых из плоского листа металла из алюминия или стали. Это затратно, так как требуется высококвалифицированная рабочая сила. Одним и тем же методом можно производить разные панели. Штамповочный пресс используется для производства больших объемов продукции. [23]
Использование листового металла посредством комплексного процесса холодной обработки, включая гибку , резку, штамповку , лазерную резку , гидроабразивную резку , клепку , сращивание и т. д., чтобы получить конечный продукт, который мы хотим (например, корпус компьютера, корпус стиральной машины, дверные панели холодильника и т. д.), мы обычно называем изготовлением листового металла. В академическом сообществе в настоящее время нет единого определения, но у этого процесса есть общая черта: материал обычно представляет собой тонкий лист и не меняет толщину большей части материала детали.
К крепежным элементам, которые обычно используются для листового металла, относятся: клекосы , [24] заклепки , [25] и шурупы для листового металла .
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )