قطعات طراحی خمشی فلزی چیست؟

قطعات طراحی خمشی فلزی اجزای ورق فلزی هستند که با ترکیب دو فرآیند شکل‌دهی سرد - خمش و کشش عمیق - برای ایجاد قطعات سه‌بعدی با ویژگی‌های زاویه‌ای دقیق، دیواره‌های منحنی و پروفیل‌های توخالی از ورق فلزی مسطح تولید می‌شوند. خم شدن فلز را در امتداد یک محور مستقیم تغییر شکل می دهد تا زاویه، فلنج و کانال ایجاد کند، در حالی که کشیدن ورق را روی قالب می کشد تا فنجان ها، جعبه ها و اشکال محصور با عمق ایجاد شود. . قطعات به دست آمده یکپارچگی ساختاری فلز اصلی را حفظ می‌کنند و در عین حال به هندسه‌های پیچیده‌ای دست می‌یابند که تولید آنها با ماشینکاری از استوک جامد غیرعملی یا غیراقتصادی است.

این قطعات برای تولید مدرن در صنایع خودروسازی، هوافضا، الکترونیک، ساخت و ساز و کالاهای مصرفی ضروری هستند. برای مثال، یک بدنه یک وسیله نقلیه منفرد شامل صدها قطعه خمشی و کششی فلزی است - از پانل درها و ریل‌های سقف گرفته تا مجموعه‌های براکت و پوسته مخزن سوخت. درک اینکه این قطعات چیست، چگونه ساخته می شوند و چه چیزی بر کیفیت آنها حاکم است، دانش ضروری برای مهندسان، متخصصان تدارکات و سازندگانی است که با قطعات ورق فلزی کار می کنند.

قطعات خمشی: تعریف، فرآیند و هندسه

قطعات خمشی فلزی با اعمال نیرو به یک صفحه فلزی صاف در امتداد یک محور مشخص تولید می‌شوند و باعث تغییر شکل پلاستیکی می‌شوند که یک زاویه یا منحنی دائمی ایجاد می‌کند. این فرآیند مواد را حذف نمی کند. آن را از طریق کرنش پلاستیکی کنترل شده دوباره توزیع می کند. سطح بیرونی خم در حالت کشش قرار می گیرد در حالی که سطح داخلی در فشار است، و محور خنثی - صفحه ای که نه کشش و نه فشار را تجربه می کند - تقریباً در موقعیت قرار دارد. یک سوم تا یک دوم ضخامت مواد از سطح داخلی بسته به شعاع خمش و خواص مواد.

روشهای خمش اولیه

چندین فرآیند خمشی مجزا در تولید صنعتی استفاده می شود که هر کدام برای هندسه قطعات، ضخامت مواد و حجم تولید مناسب هستند:

• خمش V (خم شدن و پایین آمدن با هوا) - رایج ترین فرآیند؛ یک پانچ ورق فلزی را به یک قالب V شکل فشار می دهد. خم شدن هوا قبل از پایین آمدن پانچ متوقف می شود و از زاویه برگشت فنری برای رسیدن به زاویه هدف استفاده می شود. کف کردن، پانچ را به تماس با قالب سوق می دهد، و مواد را برای دقت بالاتر به کار می برد (0.5± درجه معمولی برای کف در مقابل ±1 درجه تا 2± درجه برای خمش هوا).
• U-خم شدن - قطعات کانالی شکل یا U-profile را در یک حرکت با استفاده از یک جفت پانچ و قالب منطبق ایجاد می کند. رایج برای کانال های ساختاری، سینی کابل، و قاب های محفظه.
• خم شدن رول - سه رول به تدریج ورق یا صفحه را تغییر شکل می دهند تا قطعات منحنی با شعاع های بزرگ مانند پوسته های استوانه ای، مقاطع مخروطی و اعضای ساختاری منحنی تولید شوند.
• خم شدن (خم شدن لبه) - ورق بسته می شود و قالب دستمال یک لبه تا می شود و فلنج و لبه های برگشتی ایجاد می کند. معمولاً در پرس ترمز برای شکل دهی جعبه و تشت استفاده می شود.
• خمش چرخشی - یک قالب چرخان در سراسر سطح ورق می‌چرخد تا خم‌هایی با حداقل علامت‌گذاری سطح ایجاد کند، که برای مواد از پیش ساخته شده یا مواد حساس آرایشی ترجیح داده می‌شود.

حداقل شعاع خمش و بهار

دو پارامتر حیاتی بر امکان سنجی و دقت هر قطعه خم شده حاکم است. حداقل شعاع خمش کوچکترین شعاع است که می توان یک ماده را بدون ترک بر روی سطح کشش بیرونی خم کرد. معمولاً به صورت مضربی از ضخامت ماده (t) بیان می شود. برای مثال، فولاد ملایم (کم کربن) معمولاً دارای حداقل شعاع خمشی است 0.5 تن تا 1 تن ، در حالی که آلیاژهای آلومینیوم با مقاومت بالا ممکن است نیاز داشته باشند 3 تا 5 تن حداقل شعاع قبل از وقوع ترک خوردگی

اسپرینگ بک بازیابی الاستیکی است که با آزاد شدن نیروی خمشی رخ می دهد و باعث می شود که قطعه از زاویه مورد نظر کمی باز شود. قدر فنرینگ با قدرت تسلیم مواد افزایش می‌یابد و با شعاع خمش تنگ‌تر کاهش می‌یابد. مهندسان فرآیند با خم شدن بیش از حد (با استفاده از زاویه قالب 2 تا 5 درجه محکم تر از زاویه هدف) یا با استفاده از عملیات کف کردن و سکه گذاری که بازیابی الاستیک را از طریق کرنش پلاستیکی ضخیم به حداقل می رساند جبران می کنند.

قطعات ترسیمی: تعریف، فرآیند و قابلیت عمق

قطعات طراحی - به طور دقیق تر، قطعات کشش عمیق - با فشار دادن یک صفحه فلزی صاف به داخل یک حفره قالب با استفاده از پانچ تولید می شوند و یک شکل سه بعدی توخالی با پایین بسته و بالای باز تشکیل می دهند. این فرآیند مواد فلنج را به داخل و پایین به داخل قالب می کشد، دیواره ها را کمی نازک می کند و با جریان فلز فلنج را ضخیم می کند. طراحی فرآیند شکل گیری پشت قوطی های نوشیدنی، ظروف پخت و پز، مخازن سوخت خودرو، محفظه دستگاه های پزشکی و هزاران جزء فلزی توخالی دیگر است که در حجم بالا تولید می شوند.

دنباله فرآیند ترسیم عمیق

یک عملیات ترسیم عمیق کامل شامل دنباله زیر است:

1. آماده سازی خالی - یک قسمت خالی دایره ای یا شکل از استاک ورق بریده می شود. قطر خالی بر اساس هندسه قسمت رسم شده هدف و حدود نسبت ترسیم مواد محاسبه می شود.
2. نگه داشتن خالی - یک نگهدارنده خالی (فشار فشار) فلنج را با فشار کنترل شده روی صفحه قالب محکم می کند و از چروک شدن مواد فلنج در حین کشیده شدن به داخل جلوگیری می کند.
3. فرود پانچ - پانچ پایین می آید و ناحیه مرکزی قسمت خالی را به داخل حفره قالب فشار می دهد. مواد فلنج تحت کشش به سمت داخل جریان می یابد و دیواره فنجان را تشکیل می دهد.
4. جهش قطعه - قسمت کشیده شده با استفاده از پین های ضربه ای یا خروج هوا از قالب خارج می شود.
5. ترسیم مجدد (در صورت نیاز) - اگر نسبت عمق به قطر مورد نیاز از آنچه در یک کشش قابل دستیابی است بیشتر شود، قطعه تحت یک یا چند عملیات ترسیم مجدد قرار می گیرد که هر کدام قطر را کاهش داده و عمق را به تدریج افزایش می دهد.

نسبت قرعه کشی و محدودیت های شکل پذیری

نسبت کشش محدود (LDR) حداکثر نسبت قطر خالی به قطر پانچ است که می تواند در یک عملیات کشش بدون پاره شدن قطعه به دست آید. برای اکثر فولادهای کم کربن، LDR تقریباً است 2.0 تا 2.2 ، به این معنی که در یک عملیات می توان یک قطعه خالی تا 2.2 برابر قطر پانچ را به داخل فنجان کشید. آلیاژهای آلومینیوم معمولا دارای LDR هستند 1.8 تا 2.0 ، در حالی که فولاد ضد زنگ از 1.8 تا 2.1 بسته به درجه قطعاتی که به نسبت عمق به قطر بیشتر از LDR تک کشی نیاز دارند، در صورت محدود شدن سخت شدن کار، در چند مرحله کشش با بازپخت میانی تولید می شوند.

مواد مورد استفاده در قطعات خمش و کشش فلز

انتخاب مواد برای قطعات خمشی و کششی نیاز به تعادل شکل پذیری (توانایی تغییر شکل مورد نیاز بدون ترک یا چروک شدن)، استحکام در قطعه تمام شده، مقاومت در برابر خوردگی و هزینه دارد. مواد زیر بیشترین حجم تولید را در صنایع نشان می دهد:

ابزار برای خم شدن و کشیدن: قالب، مشت و پرس

سیستم ابزارسازی - قالب ها و پانچ ها - تعیین کننده اصلی کیفیت قطعه و اقتصاد تولید در عملیات خمش و کشش است. طراحی ابزار باید به طور همزمان برای برگشت فنر مواد، نیروی نگهدارنده خالی، فاصله قالب، شعاع گوشه پانچ و استراتژی روانکاری در نظر گرفته شود.

ابزار خمشی

ابزار پرس بریک برای خم شدن شامل یک پانچ (ابزار بالایی) و قالب (ابزار پایینی) است که در دستگاه پرس بریک نصب شده است. سیستم‌های ابزار استاندارد سبک اروپایی (سازگار با ویلا/ترامپف) از بخش‌های پانچ و قالب مدولار استفاده می‌کنند که می‌توانند برای طول‌ها و پروفیل‌های مختلف بدون ابزار اختصاصی سفارشی پیکربندی شوند – که به‌طور چشمگیری هزینه‌های راه‌اندازی را برای تولید کوتاه‌مدت یا نمونه اولیه کاهش می‌دهد. برای خمش پیشرونده قالب با حجم بالا، ابزار فولاد ابزار سخت شده اختصاصی برای هندسه هر قسمت مشخص شده است، با سختی فولاد ابزار معمولی 58-62 HRC برای سطوح کاری برای مقاومت در برابر سایش در طول میلیون ها چرخه.

ابزار طراحی

قالب های کشش عمیق شامل پانچ، حلقه قالب و نگهدارنده خالی با فاصله دقیق بین پانچ و قالب (معمولا 10٪ تا 15٪ بیشتر از ضخامت مواد برای عملیات تک كششی) تا جریان فلز را بدون نازك شدن بیش از حد مجاز كند. شعاع های گوشه قالب بسیار مهم هستند: شعاع قالب بسیار کوچک، قطعه را در ورودی قالب پاره می کند. شعاع خیلی بزرگ باعث چروک شدن می شود. شعاع قالب برای فولاد معمولاً از 4 تا 10 تن (چهار تا ده برابر ضخامت مواد)، با شعاع های بزرگتر برای کشش های کم عمق و شعاع های کوچکتر برای کنترل هندسه دقیق تر در قسمت های عمیق تر.

Selection را فشار دهید

در عملیات خمشی از ترمزهای پرس (هیدرولیک، سروالکتریک یا مکانیکی) با تناژ متناسب با ضخامت مواد و طول خمش استفاده می شود. یک قاعده کلی رایج برای فولاد نرم خمش V به تقریباً نیاز دارد 8 تن نیرو به ازای هر متر طول خم به ازای هر میلی متر ضخامت مواد . عملیات کشش از پرس های هیدرولیک تک یا دو کاره استفاده می کند که در آن لام داخلی پانچ را به حرکت در می آورد و لام بیرونی به طور مستقل نیروی نگهدارنده خالی را کنترل می کند - قابلیتی که برای کنترل ثابت فلنج در کشش عمیق ضروری است.

پارامترهای کلیدی کیفیت و روش های اندازه گیری

دقت ابعادی، یکپارچگی سطح و حفظ خواص مواد سه حوزه کیفیت اصلی برای قطعات خمشی و کششی فلز هستند. هر کدام توسط روش های اندازه گیری خاص و معیارهای پذیرش تعریف شده در نقشه های مهندسی و استانداردهای قابل اجرا کنترل می شوند.

تحمل های بعدی

تحمل زاویه برای قطعات خم شده به فرآیند بستگی دارد: خم شدن هوا معمولاً حاصل می شود ± 1 درجه تا 2 ± درجه ، در حالی که کف کردن و سکه به دست آوردن ±0.5 درجه یا بهتر . ابعاد خطی در قسمت های خم شده تحت تأثیر فنر پشتی قرار می گیرد و معمولاً حفظ می شود ± 0.5 میلی متر برای قطعات صنعتی عمومی و 0.1 ± تا 0.2 ± میلی متر برای مجموعه های دقیقی که نیاز به تناسب نزدیک دارند. قطعات کشیده شده عمیق برای تغییرات ضخامت دیوار (معمولاً 10% ضخامت اسمی دیوار قابل قبول است)، صافی فلنج و ثبات کلی ارتفاع اندازه گیری می شوند.

کیفیت سطح

کیفیت سطح قابل قبول برای قطعات خمشی و کششی با عدم وجود عیوب خاص تعریف می شود:

• ترک در شعاع خمیدگی - نشان دهنده شعاع خم ناکافی نسبت به شکل پذیری مواد یا سخت شدن بیش از حد کار است. به صورت بصری و با آزمایش نفوذ رنگ بر روی اجزای حیاتی بازرسی می شود
• چین و چروک - چروک های فشاری در فلنج یا دیواره قطعات کشیده شده؛ ناشی از نیروی نگهدارنده خالی ناکافی؛ بر اساس استانداردهای بصری یا پروفیلومتری سطح ارزیابی می شود
• پاره شدن - شکستگی در شعاع پانچ یا ورودی قالب در قسمت های کشیده شده. ناشی از نسبت کشش بیش از حد، روغن کاری ناکافی، یا شعاع قالب نادرست
• پوست پرتقال - بافت سطح درشت ناشی از اندازه دانه بزرگ در ماده اولیه؛ کنترل شده از طریق مشخصات مواد و تأیید شده در برابر استانداردهای زبری سطح (مقادیر Ra)
• گل زدن و گلزنی - علائم ابزار از چسبندگی فلز به ابزار یا زباله؛ از طریق مدیریت روانکاری و نگهداری سطح قالب کنترل می شود

اندازه گیری ضخامت دیوار

نازک شدن دیوار در قسمت های کشیده شده با استفاده از ضخامت سنج های اولتراسونیک یا اندازه گیری مقطع اندازه گیری می شود. منطقه نازک شدن بحرانی معمولاً در شعاع پانچ و شعاع ورودی قالب است که در آن کشش دو محوری بالاترین میزان است. برای اکثر کاربردهای ساختاری، نازک شدن دیوار تا 20 درصد ضخامت اسمی قابل قبول است؛ برای قطعات حاوی فشار یا حیاتی ایمنی، محدودیت های سخت تری اعمال می شود و ممکن است با تجزیه و تحلیل مقطعی مخرب نمونه های مقاله اول اعتبار سنجی شود.

کاربردهای صنعتی متداول بر حسب بخش

قطعات خمش و کشش فلز در حجم های مختلف از نمونه های اولیه تا میلیاردها واحد سالانه، تقریباً در هر بخش تولیدی تولید می شوند. مثال های زیر وسعت کاربرد را نشان می دهد:

خودروسازی

یک وسیله نقلیه مسافربری واحد تقریباً شامل 200 تا 300 قطعه فلزی متمایز ، اکثریت با خمش و کشش تولید می شود. پانل های بدنه (درها، کاپوت، سقف، گلگیرها) از قطعات فولادی کم کربن یا با استحکام بالا در پرس های انتقال بزرگ کشیده می شوند. اجزای سازه ای (ستون های A، پانل های راکر، اعضای متقاطع) به صورت رول یا به تدریج در پرس های پرسرعت خم می شوند. مخازن سوخت از فولاد روکش دار یا آلومینیوم گرفته می شوند. بخش خودرو با تولید جهانی بیش از 90 میلیون خودرو در سال، بیشترین حجم شکل‌دهی فلز را در سرتاسر جهان دارد.

هوافضا و دفاع

قاب‌های ساختاری هواپیما، پانل‌های پوستی، دیوارها و بخش‌های دنده از آلیاژهای آلومینیوم (عمدتاً سری‌های 2xxx و 7xxx) با استفاده از فرآیندهای خمش دقیق، شکل‌دهی کششی و هیدروفرمینگ تولید می‌شوند. تلورانس ها در قطعات خمشی هوافضا به طور قابل توجهی سخت تر از کاربردهای صنعتی عمومی است، با تلورانس های پروفیل اغلب به ± 0.2 میلی متر قطعات در مقیاس متر نقشه کشی برای اجزای مخازن تحت فشار، محفظه های محرک و قطعات سیستم سوخت استفاده می شود.

تجهیزات الکترونیک و برق

محفظه ها، شاسی ها، سپرها و محفظه های اتصال دهنده تجهیزات الکترونیکی در حجم بالا با خم شدن از فولاد نورد سرد، آلومینیوم یا آلیاژهای مس تولید می شوند. خمش دقیق پیشرونده قالب، امکان تولید هندسه های پیچیده براکت و گیره را با نرخ های صدها قسمت در دقیقه در پرس های مهر زنی طراحی برای محفظه های باتری، قوطی های خازن و محفظه های الکترونیکی مهر و موم شده استفاده می شود.

ساخت و ساز و معماری

براکت‌های سازه‌ای، پانل‌های روکش نما، پروفیل‌های سقف، چارچوب درها و کانال‌های HVAC با خمش از فولاد گالوانیزه، آلومینیوم یا فولاد ضد زنگ تولید می‌شوند. رول‌فرمینگ - یک فرآیند خمشی مداوم - پروفیل‌های ساختاری بلند (پرلین، ریل، کانال) با سطح مقطع ثابت با نرخ تولید بالا تولید می‌کند. پانل های روکش فلزی معماری سفارشی اغلب در حجم های کم با استفاده از خمش پرس بریک با توجه دقیق به حفظ پوشش سطح تولید می شوند.

تجهیزات و تجهیزات پزشکی

اجزای ابزار جراحی، محفظه های ایمپلنت، سینی های استریلیزاسیون و محفظه های تجهیزات تشخیصی از فولاد ضد زنگ (معمولاً درجه 304 یا 316L) یا آلیاژهای تیتانیوم کشیده و خم می شوند. کاربردهای پزشکی به بالاترین سطوح پرداخت سطحی (Ra ≤ 0.8 میکرومتر برای سطوح مجاور ایمپلنت)، قابلیت ردیابی مواد و سازگاری ابعادی نیاز دارند که آنها را به یکی از سخت‌ترین کاربردهای شکل‌دهی فلز تبدیل می‌کند.

ملاحظات طراحی برای قطعات خمش و کشش فلز

طراحی مؤثر قطعات خمشی و کششی فلزی مستلزم آگاهی از محدودیت های فرآیند و چگونگی تأثیر هندسه قطعه بر تولید است. چندین قانون طراحی به طور جهانی اعمال می شود:

Bend Allowance و Blank Development

هر خم، طول مواد را نسبت به ابعاد بیرونی نامی قسمت خم شده، به فضای خالی توسعه یافته (مسطح) اضافه می کند. این میزان خمش به ضخامت ماده، شعاع خمش و ضریب K (یک ثابت خاص ماده که موقعیت محور خنثی را توصیف می کند) بستگی دارد. محاسبه دقیق خالی مسطح ضروری است: یک خطای 0.5 میلی متر در توسعه خالی در قسمتی با شش خم منجر به الف 3 میلی متر خطای ابعادی تجمعی در قسمت تمام شده - برای ایجاد تداخل در مونتاژ یا شکاف غیرقابل قبول در کاربردهای دقیق کافی است.

محل سوراخ و ویژگی در نزدیکی خم ها

سوراخ‌ها، شکاف‌ها و بریدگی‌هایی که خیلی نزدیک به یک خط خم قرار می‌گیرند، در حین شکل‌گیری به دلیل جریان یافتن فلز در اطراف شعاع خم، منحرف می‌شوند. حداقل فاصله از لبه سوراخ تا خط خم به طور کلی است شعاع خمش 1.5 تن برای سوراخ های گرد و شعاع خمش 3T برای شکاف های موازی با خم. ویژگی‌های نزدیک‌تر از این حداقل نیاز به سوراخ کردن پس از خم شدن (افزودن عملیات) یا پذیرش اعوجاج در اطراف ویژگی دارند.

قوانین طراحی قطعه را ترسیم کنید

قطعات کشیده شده عمیق در معرض محدودیت های طراحی خاصی هستند که تعیین می کند آیا یک قطعه در تعداد معینی از عملیات طراحی قابل ساخت است یا خیر:

• نسبت عمق به قطر - قطعات با عمق بیش از حدود 75٪ قطر در یک کشش نیاز به پردازش چند مرحله ای برای اکثر مواد دارند.
• شعاع گوشه در قسمت های مستطیلی کشیده شده - گوشه ها بیشترین تغییر شکل را دارند. شعاع گوشه باید حداقل باشد 3 تا 5 تن برای جلوگیری از پارگی، و نسبت شعاع گوشه به ارتفاع قطعه باید بیشتر از 0.2 باشد برای امکان سنجی تک کش
• زوایای پیش نویس - باریک شدن جزئی (0.5 تا 2 درجه) روی دیواره های قطعات کشیده شده، خروج از قالب را تسهیل می کند و خطر چسبیدن قطعه به پانچ را کاهش می دهد.
• ضخامت دیوار یکنواخت - تغییرات ناگهانی در ضخامت دیوار، مناطق تمرکز تنش را ایجاد می کند که مستعد پارگی هستند. انتقال تدریجی تا جایی که امکان دارد ترجیح داده می شود

گزینه های تکمیل سطح و پس از پردازش

قطعات خمشی و کششی فلزی اغلب تحت عملیات های سطحی پس از شکل دهی قرار می گیرند که مقاومت در برابر خوردگی، ظاهر، سختی یا مناسب بودن را برای فرآیندهای بعدی مانند رنگ آمیزی یا اتصال افزایش می دهد. عملیات متداول پس از پردازش عبارتند از:

• سوراخ زدایی و تکمیل لبه - برداشتن لبه‌های تیز و سوراخ‌ها از لبه‌های بریده شده با استفاده از غلت زدن، سنگ‌زنی تسمه، یا ربات‌زدایی، که برای ایمنی اپراتور و مناسب بودن مونتاژ پایین دست ضروری است.
• فسفاته روی - پوشش تبدیلی که قبل از رنگ‌آمیزی روی قطعات فولادی اعمال می‌شود، چسبندگی رنگ را بهبود می‌بخشد و محافظت موقت در برابر خوردگی ایجاد می‌کند.
• آبکاری - روی، نیکل، کروم یا قلع الکترود روی سطح قطعه برای مقاومت در برابر خوردگی، سختی یا هدایت
• آنودایز - اکسیداسیون الکتروشیمیایی قطعات آلومینیومی که یک لایه اکسید متخلخل و سخت تولید می کند که می تواند آب بندی و رنگ شود. استاندارد برای قطعات آلومینیومی هوافضا و الکترونیک مصرفی
• پوشش پودری - پودر پلیمری الکترواستاتیکی که در دمای 180 تا 200 درجه سانتیگراد پخت شده است. پوشش رنگی بادوام و یکنواخت با مقاومت عالی در برابر خوردگی و UV را برای کاربردهای معماری و صنعتی فراهم می کند
• منفعل شدن - اسیدکاری قطعات فولادی ضد زنگ برای حل کردن آهن آزاد از سطح و بازیابی لایه اکسید کروم غیرفعال، بهبود مقاومت در برابر خوردگی برای کاربردهای پزشکی و تماس با مواد غذایی