Металлургическое производство — неотъемлемая часть всех отраслей экономики. Благодаря прочности, жесткости и долговечности металлические компоненты используются в разных областях — от бытовой техники до строительных деталей и панелей кузова автомобиля. Традиционный процесс металлургического производства включает формование, литье, прессование, соединение и механическая обработка.
Формование листового металла — это ряд процессов, в результате которых происходит пластическое деформирование листового металла с помощью трансформации формы детали, а не вырезания частей материала. Листовой металл можно сгибать или растягивать в различные формы, создавая сложные конструкции с высокой прочностью и минимальным количеством материала.
Формование листового металла — самый экономичный способ формования для производства большой партии моделей. Такие крупные партии обычно производят на заводах с помощью высокоавтоматизированного процесса, а мелкосерийное производство осуществляется вручную в металлообрабатывающих мастерских. Этот универсальный способ позволяет создавать качественные и точные металлические модели с минимальными отходами материала. Модели, изготовленные с помощью формования листового металла, встречаются повсюду: от банок до защитных кожухов оборудования.
В этой статье мы расскажем о листовом металле, процессах формования и возможности сократить его стоимость с помощью быстрого изготовления оснастки и штампов, напечатанных на 3D-принтере. Чтобы увидеть подробный обзор и пошаговое описание этого процесса, посмотрите наш вебинар или скачайте технический доклад.
Что такое листовой металл
Листовой металл — это тонкие плоские куски металла, которые формируются в результате промышленных процессов. К ним относятся очень тонкие листы, например фольга или пластины толщиной до 6 мм. Детали толщиной более 6 мм считаются толстолистовой или «конструкционной» сталью. Во всем мире толщина листового металла обычно указывается в миллиметрах, но в США используется нелинейная мера — калибр. При этом чем больше калибр, тем тоньше металлический лист.
Заготовка из листового металла для формования ограждения пильного диска электропилы.
Листовой металл используется в производстве автомобилей, самолетов, поездов, корпусов оборудования, офисных инструментов, мебели, бытовой техники, компьютеров, деталей машин, алюминиевых банок, а также в строительстве (воздуховоды, желоба и так далее).
Этот материал используется, когда долговечность продукта важнее его веса, например в крупных элементах конструкции кораблей, резервуарах высокого давления и турбинах.
Металлические листы можно изготавливать из алюминия, стали, латуни, олова, меди, никеля, титана, а для создания украшений также используют золото, серебро и платину.
Заготовки из листового металла обычно поставляют в рулонах, которые можно резать и изгибать в различные формы.
Процесс формования листового металла
Формование листового металла включает следующие виды обработки: гибка, скручивание, вытяжка или растяжка, выполняемые штампами или пробивными инструментами. Формование моделей обычно выполняется на прессе между двумя штампами.
Процесс формования листового металла прост:
-
Из металла вырезается индивидуальная заготовка.
-
Заготовка помещается в формовочную машину между двумя инструментами.
-
Под давлением машины верхний штамп (также известный как пуансон) проталкивает листовой металл вокруг соответствующего нижнего инструмента и изгибает его в желаемую форму.
Процесс формования листового металла.
Основной недостаток формования листового металла — потребность в оборудовании и специализированных деталях. Как показано выше, инструмент, называемый формой или штампом, является частью формовочной машины для гибки листа.
Как правило, производители изготавливают формовочные инструменты из металла с помощью станков ЧПУ на собственном предприятии или обращаются к услугам сторонних компаний. Изготовление оснастки достаточно дорого и значительно увеличивает сроки производства.
Отрасли, в которых задействованы металлические компоненты, нуждаются в более эффективном способе производства сложных деталей. Однако для этого им нужно пересмотреть сам подход к производству оснастки.
Оснастка для прототипирования и мелкосерийного формования листового металла, напечатанная на 3D-принтере
Модели больших размеров, такие как панели кузова автомобиля, требуют использования тяжелой оснастки, но большинство металлообрабатывающих мастерских также производят небольшие изделия, требующие меньших изгибающих усилий. Замена металлических инструментов пластмассовыми деталями, напечатанными на собственном 3D-принтере, может сократить время разработки на небольшом производстве и снизить затраты.
С 3D-принтером инженеры смогут создавать прототипы металлических деталей и выполнять итерацию конструкции оснастки за считанные часы, достигая сложной геометрии и снижая зависимость от сторонних организаций. Профессиональные настольные принтеры доступны по цене, просты в установке и могут помочь быстро масштабировать производство.
Итерации верхних и нижних штампов, изготовленных с помощью 3D-печати для формования сменного ограждения пильного диска.
Производители уже используют стереолитографические полимеры, чтобы заменять металлические зажимные и крепежные приспособления, а также запасные части на заводах. При литье под давлением или термоформовании часто используются пластмассовые формы для образцов. Это позволяет проверить конструкцию на соответствие технологическим требованиям (DFM), прежде чем переходить к изготовлению дорогих металлических форм. Использование пластмассовых форм значительно снижает расход материала.
В этом видео можно посмотреть, как Шейн Уайтон, инженер Formlabs, проверяет концепцию модели из листового металла, напечатанную на 3D-принтере.
Технологию 3D-печати SLA можно эффективно применять во многих сферах, в том числе для формования листового металла. Принтеры SLA способны изготавливать высокоточные инструменты с превосходными характеристиками и гладкой поверхностью. Широкий ассортимент материалов с различными механическими свойствами позволяет выбрать подходящий полимер и оптимизировать процедуру формования. Полимеры SLA изотропны и остаются более стабильными под нагрузкой, чем другие материалы для 3D-печати. Инструменты из пластмассы не требуют полировки, так как пластмассовые штампы не отпечатываются на листе, в отличие от металлических.
Использование 3D-печати почти не сказывается на процессе формования листового металла. Отличия появляются только на этапах проектирования и печати инструмента, состоящего из верхнего и нижнего штампов. При этом металлическая заготовка помещается между двумя пластмассовыми штампами и деформируется с помощью гидравлического пресса или другого формовочного оборудования.
Процесс формования листового металла с помощью штампов, напечатанных на 3D-принтере.
Как быстро изготовить оснастку для формования листового металла с помощью штампов, напечатанных на 3D-принтере
Это исследование доказывает эффективность использования штампов, напечатанных на 3D-принтере SLA, при формовании моделей из листового металла.
Сравнение стоимости и сроков при быстром изготовлении оснастки для формования листового металла
Благодаря 3D-печати инструментов для формования листового металла своими силами вы сможете повысить гибкость производства и сократить сроки изготовления до одного дня.
Используйте пластмассовые прототипы на крупносерийном производстве, прежде чем переходить к использованию дорогого металлического инструмента. Пластмассовые штампы полезны и для мелкосерийного производства, так как с ними не придется обращаться к услугам сторонней компании.
Сравните стоимость и сроки с использованием штампов для металлического ограждения пильного диска в нашем техническом докладе:
| Процесс | Оборудование | Сроки | Стоимость материала для 1 конечного изделия | Стоимость материала для 50 конечных изделий |
|---|---|---|---|---|
| Собственный инструмент для 3D-печати | Form 3, пресс, металлорежущее оборудование | 10–24 часа (включая время печати и постобработку) | $40 ($30 за штамп + $10 за заготовку металлического листа) | $60 ($30 за штамп + $30 за заготовку металлического листа) |
| 3D-печать инструмента с привлечением сторонних компаний | Пресс, металлорежущее оборудование | 6 рабочих дней | $160 ($150 за штамп + $10 за заготовку металлического листа) | $180 ($150 за штамп + $30 за заготовку металлического листа) |
| Производство металлического инструмента с привлечением сторонних компаний | Пресс, металлорежущее оборудование | 25 рабочих дней | $460 ($450 за штамп + $10 за заготовку металлического листа) | $480 ($450 за штамп + $30 за заготовку металлического листа) |
| Производство металлической модели сторонней компанией | Нет — производство сторонней компанией | 15 рабочих дней | $230 | $700 |
Руководство по быстрому изготовлению оснастки
В этом техническом докладе вы узнаете, как сочетать быстрое изготовление оснастки с традиционными производственными процессами, такими как литье под давлением, термоформование и литье, чтобы повысить гибкость, адаптивность, масштабируемость и рентабельность производства.
Переосмысление производства оснастки для формования листового металла
Переосмысление производства оснастки — эффективный способ снизить затраты в металлургическом производстве. Пластмассовые штампы, напечатанные на 3D-принтере, позволяют не только повысить гибкость производства за счет прототипирования инструментов, но и могут стать доступной заменой дорогому металлическому оборудованию. На 3D-принтере можно напечатать широкий спектр инструментов для формования листового металла: от изогнутых кронштейнов, тисненых деталей, жалюзи и решеток до готового набора штампов для листоштамповочного пресса.
Узнайте, как изготовить металлическое ограждение пильного диска с помощью пластмассовых штампов, напечатанных на 3D-принтере, в нашем бесплатном техническом докладе. С помощью одного комплекта штампов потенциально можно производить десятки моделей, обеспечивая мелкосерийное производство собственными силами. Скачайте технический доклад прямо сейчас, чтобы ознакомиться с подробным описанием исследования и пошаговым процессом. Посмотрите вебинар, чтобы узнать о конструктивных решениях и способах применения.
