Выбар аптымальных рашэнняў для фарміравання металаў з'яўляецца ключавым рашэннем у вытворчасці, паколькі ён непасрэдна дыктуе якасць дэталяў (напрыклад, канструкцыйную цэласнасць, дакладнасць памераў), эфектыўнасць вытворчасці (час цыклу, даход матэрыялу) і агульныя выдаткі на ўласнас Гэта рашэнне не з'яўляецца трывіяльным у ўсіх выпадках выкарыстання: ці распрацоўваецца гэта прататыпы нізкага аб'ёму для аэракасмічных кампанентаў, маштабаванне аўтамабільных дэталяў вялікага аб'ёму або вытворчасць дакладных медыцынск Ніжэй прыведзены структураваны тэхнічны аналіз асноў фарміравання металаў, класіфікацыі працэсаў, крытэрыяў выбару і перадавых тэхналогій для кіравання прыняццем рашэнняў на аснове дадзеных.
Фарміраванне металу - гэта працэс пластычнай дэфармацыі, які пераўтварае металічныя працоўныя часткі (лісты, стрыжкі, трубы або лісты) з выкарыстаннем механічнай сілы без дадання / выдалення матэрыялу ў кампаненты сеткавай формы або амаль сеткавай формы. Яго асноўная перавага заключаецца ў захаванні цэласнасці матэрыялу (напрыклад, выраўноўванне патоку зерна, якое павышае трываласць да цягу) у параўнанні з адхільнымі працэсамі (напрыклад, апрацоўкай). Ключавыя прынцыпы, якія рэгулююць фарміраванне поспеху ўключаюць у сябе:
- Формавальнасць: здольнасць матэрыялу дэфармавацца без расколін, колькасна вызначаная такімі метрыкамі, як падоўжэнне пры парушэнні (напрыклад, алюміній 6061-T6 мае ~ 10% падоўжэнне, падыходзіць для ўмеранага фарміравання; нізкавугляродная сталь 1018 мае ~ 25%, ідэальна падыходзіць для глыбок
- Націск патоку: сіла, неабходная для ініцыяцыі пластычнай дэфармацыі (вар'іруецца ў залежнасці ад тэмпературы, напрыклад, гарачае фарміраванне зніжае напружанне патоку для сталяў высокай трываласці, такіх як AHSS).
- Размяшчэнне напружання: Раўнамернае напружанне / напружанне падчас фарміравання прадухіляе дэфекты (напрыклад, маршчыны ў малюнку, вярнуцца ў выгібанні).
2. Класіфікацыя працэсаў фарміравання металаў
Працэсы фарміравання металаў класіфікуюцца па геаметрыі апрацоўкі, механізме дэфармацыі і тэмпературы. Ніжэй прыведзены тэхнічны разбор асноўных працэсаў, іх прынцыпаў працы і прамысловых прыкладанняў:
2.1 Фарміраванне ліста (для плоскіх, тонкіх матэрыялаў: таўшчыня 0,1-10 мм)
засяроджаны на пераўтварэнні ліста ў 3D-структуры; важна для аўтамабільнай, HVAC і спажывецкай электронікі.
- Гінанне: дэфармуе метал уздоўж лінейнай восі, з трыма асноўнымі метадамі:
- Выгібанне паветра: Выкарыстоўвае частковы кантакт з матэрыялам для дасягнення зменных кутаў (напрыклад, 90 ° 135 °) з мінімальнымі зменамі інструментаў; тыповая толерантнасць: ± 0,1 мм для дакладных прыкладанняў.
- Поўны кантакт для фіксаваных кутаў; больш высокая сіла, чым згінанне паветра, але лепшая паўтаральнасць (толерантнасць: ± 0,05 мм).
- Манетаванне: экстрэмальны ціск (1000-3000 МПа) для ўбудавання дэталяў матэрыялу (напрыклад, лагатыпы); выкарыстоўваецца для высокадакладных дэталяў, такіх як электрычныя кантакты.
- расцягванне: цягне ліст металу над ударам, каб павялічыць плошчу паверхні; патрабуе раўнамернага напружання, каб пазбегнуць шыі (лакалізаванага растуджэння). Прымяняецца да аўтамабільных панэляў кузава (напрыклад, капоты) і скур самалётаў.
- Малюнак: цягне ліст металу пусты ў закрытую паложніну матэрыялу; Класіфікаваны па глыбіні:
- Маленькі малюнак (глыбіня < дыяметр пустага): Выкарыстоўваецца для шайкі, кастрэлі.
- Глыбокі малюнак (глыбіня > пусты дыяметр): Вытворыць цыліндрычныя / полыя часткі (напрыклад, банкі, гідраўлічныя цыліндры); патрабуе цягнуць бісер, каб кантраляваць паток матэрыялу і прадухіліць маршчыны.
2.2 Дакладнае масавае фарміраванне (для матэрыялаў таўшчыні: > 10 мм; штрыжкі, літкі)
Выкарыстоўваецца для высокай трываласці, нагрузкі кампанентаў; дае прыярытэт структурнай цэласнасці над аздабленнем паверхні.
- Куванне: Формы металу праз лакалізаваную сілу сціску; Катэгорыі па тэмпературы:
- гарачае куванне (600-1200 ° C, у залежнасці ад сплаву): зніжае напружанне патоку для цвёрдых металаў (напрыклад, тытан, сплавеная сталь); выкарыстоўваецца для карэнных валаў, лопатак турбін.
- Халоднае куванне (пакаёвая тэмпература): забяспечвае шчыльныя дапускаў (± 0,02 мм) і гладкія паверхні; ідэальна падыходзіць для мацавальных рэчываў (болтаў, гайк) і медыцынскіх імплантатаў.
- штампаванне: высокі аб'ём, шмат-аперацыйны працэс (перфіляцыя, прапускаючы, реліфаванне) з выкарыстаннем прагрэсіўных штампоў; Час цыкла да 500 частак у хвіліну (ppm). Крытычнае для аўтамабільных рам сядзенняў, электрычных раздымаў.
2.3 Спецыялізаваныя працэсы фарміравання
Адрас патрэбаў нішы (напрыклад, складаныя геаметрыі, экзатычныя матэрыялы):
- Літанне: Заўвага: Хоць тэхнічна працэс адкладання матэрыялу (а не фарміраванне пластыка), ён часта ўключаны для складаных формаў (напрыклад, блокаў рухавіка), дзе фарміраванне непрактычна. выкарыстоўвае плаўлены метал наліваецца ў формы; абмежаваная дакладнасць (толерантнасць: ± 0,5-1 мм), але нізкая кошт інструментаў для нізкіх аб'ёмаў.
3. Крытычныя крытэрыі выбару для металафарміравання рашэнняў
Тэхнічныя і эканамічныя фактары павінны быць узважаны, каб узгодзіць працэсы з мэтамі праекта. Ніжэй паказана колькасная база:
Тэхнічныя меркаванні.
|-----------------------------|---------------------------------------------------------------------------------------------|
Матэрыяльныя ўласцівасці - гнуткасць: металы з нізкай гнуткасцю (напрыклад, магній) патрабуюць гарачага фарміравання; высокая гнуткасць (напрыклад, медзь) адпавядае халоднаму фарміраванню. <br>- напружанне патоку: Высока трывалыя сплавы (напрыклад, Inconel) патрабуюць гідраўлічнай / пнеўматычнай сілы (у параўнанні з механічнай для нізкавугляроднай сталі). |
Складанасць часткі - Простыя геаметрыі (напрыклад, дужкі): згінанне / штампоўка (нізкая кошт інструментаў). <br>- Складаныя формы (напрыклад, аўтамабільныя выхлапныя колекторы): Гідрафарміраванне або кованне (лепшае размеркаванне напружання). <br>- Полыя канструкцыі: трубка гідрафарміраванне (пазбягае зваркі шваў). |
Аб'ём вытворчасці - Нізкі аб'ём (<1000 частак): Ручнае згінанне або ліццё (мінімальныя інвестыцыі ў інструменты). <br>- Сярэдні аб'ём (1000-100 000 частак): Гідраўлічныя прэсы (збалансаваны кошт / хуткасць). <br>- Высокі аб'ём (> 100,000 частак): Прагрэсіўнае штампаванне або рулоннае фарміраванне (часы цыклу > 100 ppm). |
Патрабаванні да дакладнасці - Талерантнасць < ± 0,05 мм: халоднае кованне, дакладнае штампаванне або выгібанне з ЧПУ. <br> - Талерантнасць ± 0,1-0,5 мм: згінанне паветра, гарачая каванне. <br> - Талерантнасць > ± 0,5 мм: ліццё або ручнае фарміраванне. |
Кошт драйвераў - Кошт інструментаў: штампаванне штампуе ($ 50k- $ 500k) супраць выгібання штампуе ($ 5k- $ 20k). <br>- Матэрыяльны ўраджай: фарміраванне (90-95% ўраджай) у параўнанні з апрацоўкай (60-70% ўраджай). <br> - Час цыкла: штампаванне (100 + ppm) супраць ковання (5-10 ppm). |
4. Прасунутыя тэхналогіі фарміравання металаў
Новыя тэхналогіі вырашаюць абмежаванні традыцыйных працэсаў (напрыклад, складаныя геаметрыі, матэрыяльныя адходы):
4.1 Гідрафарміраванне
Выкарыстоўвае гідраўлічную вадкасць высокага ціску (10-100 МПа) для націску матэрыялу ў штампы; два варыянты:
- Гідрафарміраванне ліста: Формуе складаныя часткі ліста (напрыклад, ўнутраныя часткі аўтамабільных дзвярэй) з аднастайнай таўшчынёй (зніжае маршчыны ў параўнанні з малюнкам).
- Гідрафарміраванне труб: Формуе металічныя трубы ў 3D-структуры (напрыклад, аўтамабільныя рэлькі шасі) без шваў, паляпшаючы структурную жорсткасць.
4.2 Фарміраванне рулона
Бесперапынны працэс, дзе ліст металу праходзіць праз прагрэсіўныя наборы рулонаў, каб сфармаваць паслядоўныя паперачныя перасекі (напрыклад, C-каналы, металічныя дахі). Перавагі:
- Неабмежаваная даўжыня часткі (у параўнанні з прэс-тармажэннем, якое абмежавана памерам ложка).
- Нізкія матэрыяльныя адходы (95 +% прыбытак) і высокая хуткасць (да 30 м / мін).
4.3 Дадатковае вытворчасць (AM) для фарміравання металаў
У той час як AM з'яўляецца працэсам адкладання, ён дапаўняе фарміраванне праз гібрыдную вытворчасць:
- 3D-друк амаль сеткавых фарм (напрыклад, тапалагічныя аптымізаваныя кранштэйны) для зніжэння сілы фарміравання і выкарыстання матэрыялу.
- друкаванне інструментаў (напрыклад, карыстацкія матэрыялы для малых аб'ёмаў фарміравання) для скарачэння тэрміну правядзення з тыдняў на дні.
- Непасрэдна друкаваць складаныя часткі (напрыклад, медыцынскія імплантаты), якія немагчыма сфармаваць традыцыйнымі метадамі.
