Co jsou součásti výkresu ohýbání kovů?

Kovové ohýbání výkresových dílů jsou plechové součásti vyráběné kombinací dvou procesů tváření za studena – ohýbání a hlubokého tažení – za účelem vytvoření trojrozměrných dílů s přesnými úhlovými prvky, zakřivenými stěnami a dutými profily z plochého plechu. Ohýbání deformuje kov podél přímé osy a vytváří úhly, příruby a kanály, zatímco kreslení táhne plech přes matrici, aby se vytvořily hrnky, krabice a uzavřené tvary s hloubkou. . Výsledné díly si zachovávají strukturální integritu původního kovu a zároveň dosahují složitých geometrií, které by bylo nepraktické nebo neekonomické vyrábět obráběním z plného materiálu.

Tyto díly jsou základem moderní výroby v automobilovém, leteckém, elektronickém, stavebním a spotřebním průmyslu. Jedna karoserie vozidla například obsahuje stovky kovových ohýbacích a výkresových dílů – od dveřních panelů a střešních ližin až po sestavy držáků a skořepiny palivových nádrží. Pochopení toho, co tyto díly jsou, jak se vyrábějí a čím se řídí jejich kvalita, je základní znalost pro inženýry, specialisty na nákup a výrobce pracující s kovovými součástmi.

Ohýbané díly: Definice, Proces a Geometrie

Kovové ohýbané díly se vyrábějí působením síly na plochý kovový polotovar podél definované osy, což způsobuje plastickou deformaci, která vytváří trvalý úhel nebo křivku. Proces neodstraňuje materiál; redistribuuje ji prostřednictvím řízené plastické deformace. Vnější povrch ohybu je umístěn v tahu, zatímco vnitřní povrch je v tlaku, a neutrální osa – rovina, ve které není tah ani tlak – leží přibližně jednu třetinu až jednu polovinu tloušťky materiálu od vnitřního povrchu v závislosti na poloměru ohybu a vlastnostech materiálu.

Primární metody ohýbání

V průmyslové výrobě se používá několik různých ohýbacích procesů, z nichž každý je vhodný pro různé geometrie součástí, tloušťky materiálu a objemy výroby:

• V-ohýbání (ohýbání vzduchem a dno) — Nejběžnější proces; razník lisuje kovový plech do formy ve tvaru V. Ohýbání vzduchu se zastaví před tím, než razník vypadne, pomocí úhlu odpružení k dosažení cílového úhlu; dna pohání razník tak, aby se dostal do kontaktu s matricí, razí materiál pro vyšší přesnost (±0,5° typické pro dno vs. ±1° až ±2° pro vzduchové ohýbání).
• U-ohýbání — Vytvoří díly ve tvaru kanálku nebo U-profilu jediným tahem pomocí odpovídající dvojice razníku a matrice. Společné pro konstrukční kanály, kabelové lávky a rámy skříní.
• Ohýbání rolí — Tři válce progresivně deformují plech nebo desku za účelem vytvoření zakřivených dílů s velkými poloměry, jako jsou válcové skořepiny, kuželové části a zakřivené konstrukční prvky.
• Otírací ohýbání (ohýbání hran) — List je upnut a stírací matrice přehne jeden okraj, čímž se vytvoří příruby a vratné okraje. Běžně se používá na ohraňovacích lisech pro tvarování krabic a pánví.
• Rotační ohýbání — Rotující matrice se odvaluje po povrchu plechu a vytváří ohyby s minimálním povrchovým značením, preferované pro předdokončené nebo kosmeticky citlivé materiály.

Minimální poloměr ohybu a odpružení

Dva kritické parametry řídí proveditelnost a přesnost každého ohýbaného dílu. Minimální poloměr ohybu je nejmenší poloměr, na který lze ohnout materiál bez praskání na vnějším napínacím povrchu; typicky se vyjadřuje jako násobek tloušťky materiálu (t). Například měkká ocel (nízkouhlíková) má obvykle minimální poloměr ohybu 0,5t až 1t , zatímco vysoce pevné hliníkové slitiny mohou vyžadovat 3t až 5t minimální poloměr, než dojde k prasknutí.

Odpružení je elastické zotavení, ke kterému dochází, když se uvolní ohýbací síla, což způsobí, že se díl mírně otevře ze zamýšleného úhlu. Velikost odpružení se zvyšuje s mez kluzu materiálu a klesá s užšími poloměry ohybu. Procesní inženýři kompenzují nadměrným ohýbáním (použitím úhlu matrice o 2° až 5° těsnějšího než cílový úhel) nebo použitím operací dna a ražení, které minimalizují elastické zotavení díky plastické deformaci skrz tloušťku.

Díly výkresu: Definice, Proces a Schopnost hloubky

Výkresové díly – přesněji díly hlubokého tažení – se vyrábějí lisováním plochého kovového polotovaru do dutiny matrice pomocí razníku, čímž se vytvoří dutý trojrozměrný tvar s uzavřeným dnem a otevřeným vrškem. Proces vtahuje materiál příruby dovnitř a dolů do formy, přičemž se stěny mírně ztenčují a příruba se zesiluje, jak kov proudí. Tažení je proces formování plechovek od nápojů, nádobí, palivových nádrží pro automobily, krytů lékařských přístrojů a tisíců dalších dutých kovových součástí vyráběných ve velkém objemu.

Sekvence procesu hlubokého kreslení

Kompletní operace hlubokého tažení zahrnuje následující sekvenci:

1. Prázdná příprava — Z plechového polotovaru se vyřízne kruhový nebo tvarovaný polotovar. Průměr polotovaru se vypočítá na základě cílové geometrie tažené součásti a limitů poměru tažení materiálu.
2. Prázdné držení — Držák polotovaru (přítlačná podložka) upíná přírubu polotovaru k čelu matrice kontrolovaným tlakem, čímž zabraňuje zvrásnění materiálu příruby při vtahování dovnitř.
3. Punch sestup — Razník klesá dolů a vtlačuje středovou oblast polotovaru do dutiny matrice. Materiál příruby proudí dovnitř pod napětím a tvoří stěnu pohárku.
4. Vyhození části — Tažený díl je vyhazován z matrice pomocí vyrážecích kolíků nebo vzduchového vyhazování.
5. Překreslení (je-li požadováno) — Pokud požadovaný poměr hloubky k průměru překročí to, co je dosažitelné jedním tažením, díl podstoupí jednu nebo více operací překreslení, z nichž každá postupně zmenšuje průměr a zvyšuje hloubku.

Poměr tahu a meze tvařitelnosti

Limitní poměr tažení (LDR) je maximální poměr průměru polotovaru k průměru razníku, kterého lze dosáhnout v jedné operaci tažení bez roztržení součásti. U většiny nízkouhlíkových ocelí je LDR přibližně 2,0 až 2,2 , což znamená, že polotovar až do 2,2 násobku průměru razníku lze vytáhnout do pohárku v jedné operaci. Hliníkové slitiny mají typicky LDR 1,8 až 2,0 , zatímco nerezová ocel se pohybuje od 1.8 až 2.1 v závislosti na ročníku. Díly vyžadující poměr hloubky k průměru, který překračuje LDR s jedním tažením, jsou vyráběny ve více fázích tažení s mezižíháním, pokud se mechanické zpevnění stane limitujícím.

Materiály používané při ohýbání a tažení kovových dílů

Výběr materiálu pro ohýbané a tažené díly vyžaduje vyváženou tvarovatelnost (schopnost podstoupit požadovanou deformaci bez praskání nebo zvrásnění), pevnost hotového dílu, odolnost proti korozi a cenu. Následující materiály představují většinu objemu výroby napříč průmyslovými odvětvími:

Nástroje pro ohýbání a tažení: Zápustky, razníky a lisy

Nástrojový systém – zápustky a razníky – je ústředním určujícím faktorem kvality dílu a ekonomiky výroby při operacích ohýbání a tažení. Konstrukce nástrojů musí současně zohledňovat odpružení materiálu, sílu držáku polotovaru, vůli matrice, poloměry rohů razníku a strategii mazání.

Ohýbací nástroje

Ohraňovací nástroj pro ohýbání se skládá z razníku (horní nástroj) a matrice (spodní nástroj) namontovaných na ohraňovacím stroji. Standardní nástrojové systémy evropského stylu (kompatibilní s Wila/Trumpf) používají modulární segmenty razníku a matrice, které lze konfigurovat pro různé délky a profily součástí bez vyhrazeného vlastního nástroje – což výrazně snižuje náklady na nastavení pro malosériovou nebo prototypovou výrobu. Pro velkoobjemové progresivní ohýbání zápustek jsou pro každou geometrii součásti specifikovány speciální nástroje z kalené nástrojové oceli s typickou tvrdostí nástrojové oceli 58–62 HRC pro pracovní plochy odolávající opotřebení během milionů cyklů.

Kreslicí nástroje

Zápustky pro hluboké tažení se skládají z průbojníku, kroužku zápustky a držáku polotovaru s přesnou vůlí mezi průbojníkem a zápustkou (typicky o 10 % až 15 % větší než tloušťka materiálu pro operace s jedním tažením), aby se umožnilo tečení kovu bez nadměrného ředění. Poloměry rohů matrice jsou kritické: příliš malý poloměr matrice roztrhne součást na vstupu matrice; příliš velký poloměr umožňuje zvrásnění. Poloměry zápustky pro ocel se obvykle pohybují od 4t až 10t (čtyřnásobek až desetinásobek tloušťky materiálu), s většími poloměry používanými pro mělčí tažení a menšími poloměry pro těsnější kontrolu geometrie v hlubších částech.

Stiskněte Výběr

Ohýbací operace využívají ohraňovací lisy (hydraulické, servoelektrické nebo mechanické) s tonáží přizpůsobenou tloušťce materiálu a délce ohybu. Běžné pravidlo pro ohýbání měkké oceli do V vyžaduje přibližně 8 tun síly na metr délky ohybu na milimetr tloušťky materiálu . Tažné operace využívají jednočinné nebo dvojčinné hydraulické lisy, kde vnitřní saně pohání razník a vnější saně nezávisle řídí sílu držáku polotovaru – tato schopnost je nezbytná pro konzistentní ovládání příruby při hlubokém tažení.

Klíčové parametry kvality a metody měření

Rozměrová přesnost, integrita povrchu a zachování vlastností materiálu jsou tři primární domény kvality pro kovové ohýbané a tažené součásti. Každý se řídí specifickými metodami měření a kritérii přijatelnosti definovanými v technických výkresech a příslušných normách.

Rozměrové tolerance

Úhlové tolerance pro ohýbané díly závisí na procesu: obvykle se dosahuje ohýbání vzduchem ±1° až ±2° , zatímco dno a ražení dosáhnout ±0,5° nebo lepší . Lineární kóty na ohýbaných dílech jsou ovlivněny odpružením a obvykle se drží ±0,5 mm pro obecné průmyslové díly a ±0,1 až ±0,2 mm pro přesné sestavy vyžadující těsné usazení. Hluboce tažené díly jsou měřeny z hlediska kolísání tloušťky stěny (typicky je přípustné ±10 % jmenovité tloušťky stěny), rovinnosti příruby a konzistence celkové výšky.

Kvalita povrchu

Přijatelná kvalita povrchu pro ohýbané a tažené díly je definována absencí specifických vad:

• Praskliny na poloměrech ohybu — svědčící o nedostatečném poloměru ohybu vzhledem k tažnosti materiálu nebo nadměrném mechanickém zpevnění; kontrolovány vizuálně a zkouškou penetrantu barviva na kritických součástech
• Vrásčitost — tlakové vrásky v přírubě nebo stěně tažených dílů; způsobené nedostatečnou silou držáku polotovaru; hodnoceno podle vizuálních standardů nebo povrchové profilometrie
• Trhání — lom na poloměru razníku nebo vstupu matrice u tažených dílů; způsobené nadměrným tažným poměrem, nedostatečným mazáním nebo nesprávným poloměrem matrice
• Pomerančová kůra — hrubá povrchová struktura způsobená velkou velikostí zrn ve výchozím materiálu; řízeno pomocí specifikace materiálu a ověřeno podle norem drsnosti povrchu (hodnoty Ra)
• Dráždění a skórování — stopy po nástroji od přilnavosti kovu k nástroji nebo úlomků; řízeno řízením mazání a údržbou povrchu matrice

Měření tloušťky stěny

Ztenčení stěny u tažených dílů se měří pomocí ultrazvukových tloušťkoměrů nebo měřením průřezu. Kritická zóna ztenčení je typicky na poloměru razníku a poloměru vstupu matrice, kde je dvouosé napětí nejvyšší. Pro většinu konstrukčních aplikací, ztenčení stěny až o 20 % jmenovité tloušťky je přijatelný; pro součásti obsahující tlak nebo součásti kritické z hlediska bezpečnosti platí přísnější limity a mohou být ověřeny destruktivní analýzou průřezu vzorků prvního předmětu.

Běžné průmyslové aplikace podle odvětví

Ohýbání a tažení kovů jsou vyráběny v objemech od jednotlivých prototypů až po miliardy kusů ročně, prakticky ve všech výrobních odvětvích. Následující příklady ilustrují šíři použití:

Výroba automobilů

Jedno osobní vozidlo obsahuje přibližně 200 až 300 odlišných plechových dílů , většina se vyrábí ohýbáním a tažením. Panely karoserie (dveře, kapota, střecha, blatníky) jsou taženy z nízkouhlíkových nebo vysokopevnostních ocelových přířezů ve velkých přetlačovacích lisech. Konstrukční díly (A-sloupky, vahadla, příčníky) jsou válcované nebo postupně ohýbané na vysokorychlostních lisech. Palivové nádrže jsou vyrobeny z lakované oceli nebo hliníku. Automobilový sektor pohání celosvětově největší objem tváření kovů s celosvětovou produkcí přesahující 90 milionů vozidel ročně.

Letectví a obrana

Konstrukční rámy letadel, opláštěné panely, přepážky a žebrové sekce jsou vyráběny z hliníkových slitin (především řady 2xxx a 7xxx) pomocí procesů přesného ohýbání, protahování a hydraulického tvarování. Tolerance v ohýbaných dílech pro letectví a kosmonautiku jsou podstatně přísnější než u běžných průmyslových aplikací, přičemž se často dodržují tolerance profilu ±0,2 mm díly v měřítku metru. Výkres se používá pro součásti tlakové nádoby, pouzdra pohonu a části palivového systému.

Elektronika a elektrická zařízení

Kryty, šasi, štíty a kryty konektorů pro elektronická zařízení jsou vyráběny ve velkých objemech ohýbáním ze za studena válcované oceli, hliníku nebo slitin mědi. Přesné progresivní ohýbání zápustek umožňuje výrobu složitých geometrií držáků a klipů v rychlostech stovky dílů za minutu v lisovacích lisech. Výkres se používá pro pouzdra baterií, plechovky kondenzátorů a utěsněná pouzdra elektroniky.

Stavebnictví a architektura

Konstrukční konzoly, fasádní obkladové panely, střešní profily, zárubně a vzduchotechnické potrubí se vyrábí ohýbáním z pozinkované oceli, hliníku nebo nerezové oceli. Válcování – kontinuální proces ohýbání – vytváří dlouhé konstrukční profily (vaznice, kolejnice, kanály) s konzistentními průřezy při vysokých výrobních rychlostech. Zakázkové architektonické obkladové panely jsou často vyráběny v malých objemech ohýbáním ohraňovacím lisem s detailním důrazem na zachování povrchové úpravy.

Lékařské přístroje a vybavení

Komponenty chirurgických nástrojů, pouzdra implantátů, sterilizační podnosy a kryty diagnostického zařízení jsou taženy a ohýbány z nerezové oceli (typicky třídy 304 nebo 316L) nebo slitin titanu. Lékařské aplikace vyžadují nejvyšší úroveň povrchové úpravy (Ra ≤ 0,8 µm pro povrchy přiléhající k implantátu), sledovatelnost materiálu a rozměrovou konzistenci, díky čemuž patří mezi nejnáročnější aplikace tváření kovů.

Konstrukční úvahy pro kovové ohýbané a kreslící díly

Efektivní návrh kovových ohýbaných a tažených součástí vyžaduje znalost procesních omezení a toho, jak geometrie součásti ovlivňuje vyrobitelnost. Několik pravidel návrhu platí univerzálně:

Povolení ohybu a vývoj polotovaru

Každý ohyb přidává délku materiálu k rozvinutému (plochému) polotovaru vzhledem ke jmenovitým vnějším rozměrům ohýbaného dílu. Tento přídavek na ohyb závisí na tloušťce materiálu, poloměru ohybu a K-faktoru (konstanta specifická pro materiál popisující polohu neutrální osy). Přesný výpočet plochého polotovaru je nezbytný: chyba 0,5 mm ve vývoji polotovaru na součásti se šesti ohyby vede k a 3 mm kumulativní rozměrová chyba v hotovém dílu – dostačující k tomu, aby při přesných aplikacích způsoboval rušení sestavy nebo nepřijatelnou mezeru.

Umístění otvorů a prvků v blízkosti ohybů

Díry, štěrbiny a výřezy umístěné příliš blízko ohybové čáry se během tvarování deformují, protože kov obtéká poloměr ohybu. Minimální vzdálenost od okraje díry k linii ohybu je obecně poloměr ohybu 1,5t pro kulaté otvory a poloměr ohybu 3t pro drážky rovnoběžné s ohybem. Prvky blíže než toto minimum budou vyžadovat buď propíchnutí po ohybu (přidání operace) nebo přijetí zkreslení kolem prvku.

Pravidla návrhu součásti kreslení

Hluboce tažené součásti podléhají specifickým konstrukčním omezením, která určují, zda je součást vyrobitelná v daném počtu operací kreslení:

• Poměr hloubky k průměru — díly s hloubkou přesahující přibližně 75 % průměru při jednom tažení vyžadují u většiny materiálů vícestupňové zpracování
• Poloměry rohů na pravoúhlých kreslených dílech — rohy jsou nejvíce deformované oblasti; poloměry rohů by měly být min 3t až 5t aby se zabránilo roztržení, a poměr poloměru rohu k výšce dílu by měl být větší než 0,2 pro proveditelnost jednoho tažení
• Úhly ponoru — mírné zkosení (0,5° až 2°) na stěnách tažených dílů usnadňuje vyhazování z matrice a snižuje riziko přilepení dílu k razníku
• Rovnoměrná tloušťka stěny — náhlé změny tloušťky stěny vytvářejí zóny koncentrace napětí, které jsou náchylné k roztržení; postupné přechody jsou preferovány všude, kde je to možné

Možnosti povrchové úpravy a následného zpracování

Kovové ohýbané a tažené díly jsou často podrobeny povrchovým úpravám po tváření, které zvyšují odolnost proti korozi, vzhled, tvrdost nebo vhodnost pro následné procesy, jako je lakování nebo lepení. Mezi běžné operace následného zpracování patří:

• Odstraňování otřepů a konečná úprava hran — odstranění ostrých hran a otřepů z řezaných hran pomocí omílání, pásového broušení nebo robotického odstraňování otřepů, což je nezbytné pro bezpečnost operátora a montáž po proudu
• Zinkové fosfátování — konverzní nátěr nanášený na ocelové díly před lakováním, který zlepšuje přilnavost nátěru a poskytuje dočasnou ochranu proti korozi
• Galvanické pokovování — zinek, nikl, chrom nebo cín elektrolyticky nanesený na povrch součásti pro odolnost proti korozi, tvrdost nebo vodivost
• Eloxování — elektrochemická oxidace hliníkových dílů produkující tvrdou, porézní oxidovou vrstvu, kterou lze utěsnit a obarvit; standard pro hliníkové díly pro letecký průmysl a spotřební elektroniku
• Práškové lakování — elektrostaticky nanášený polymerní prášek vytvrzený při 180–200 °C; poskytuje trvanlivý, jednotný barevný povlak s vynikající odolností proti korozi a UV záření pro architektonické a průmyslové aplikace
• Pasivace — ošetření dílů z nerezové oceli kyselinou, aby se rozpustilo volné železo z povrchu a obnovila se pasivní vrstva oxidu chrómu, čímž se zlepšila odolnost proti korozi pro lékařské a potravinářské aplikace