Что такое фланец из листового металла? Исчерпывающее руководство

Введение

Будь то производство аэрокосмических деталей или бытовой техники, листовой металл доминирует в качестве основного материала в современном производстве. Он абсолютно необходим благодаря своей гибкости, высокому соотношению прочности и веса, а также возможности формовки. Не говоря уже о том, что все его возможности достигаются только за счет специальных функций, добавляемых к различным деталям. Одним из наиболее важных, но в то же время простых элементов является фланец из листового металла.

Может показаться, что фланец - это просто изгиб на конце детали, но это гораздо больше, чем просто фланец. Эта особенность является ключевой для улучшения конструкции и использования деталей и обеспечивает помощь при сборке. Она также повышает качество фланцевых деталей. Фланцы из листового металла являются важной частью процесса обработки листового металла, и инженерам, дизайнерам, изготовителям и техникам важно иметь о них достаточное представление.

В этом руководстве вы узнаете о компонентах и понятиях, касающихся фланцев: их типах, материалах, процессах проектирования и производства, применении и, самое главное, оптимальных методах. Давайте посмотрим, как эта важнейшая деталь влияет на результат проектов из листового металла.

Что такое Листовой металл Фланец?

В базовой форме фланец из листового металла - это край или приподнятый обод на листовом металле, который выступает наружу. Обычно это делается путем сгибания или формовки металла под определенным углом, чаще всего 90 градусов, хотя некоторые конструкции допускают и другие углы сгиба. Представьте себе, что это складчатая кромка детали. Как и любая другая геометрическая деталь, функция фланца из листового металла весьма разнообразна и имеет решающее значение для общего качества и производительности конечного продукта.

Причин для добавления фланца на кусок листового металла множество:

Улучшенная жесткость и прочность: В большинстве случаев это основная причина для таких конструкций. Вдоль края возникает значительное сопротивление изгибу, которое увеличивается при изгибе. Это также обеспечивает деформацию вдоль кромки, которая работает как позвоночник, только локально. При минимальном количестве материала достигается значительный прирост жесткости и структурной целостности.

Крепежные и монтажные поверхности: Фланцы помогают создать плоские участки, которые в основном перпендикулярны основному листу. Они идеально подходят для установки других компонентов, которые должны быть прикручены, привинчены или приклепаны к внешней части металлического листа.

Обработка краев (безопасность и отделка): Сформированный край, особенно с подшитым фланцем (сложенный сам на себя), обеспечивает более безопасный край, чем обрезанный, острый и опасный, или может быть свернут в закругленный или усиленный край.

Уплотнение поверхностей: Фланцы могут быть спроектированы для размещения прокладок или герметизирующих поверхностей, которые очень важны для создания пыле-, водо- или воздухонепроницаемых корпусов, воздуховодов или контейнеров.

Расположение и выравнивание: Фланцы также могут использоваться для размещения или остановки сборки компонентов в нужном положении.

Прежде чем перейти к рассмотрению фланцев, необходимо определить некоторые термины:

Фланцевая поверхность: Поверхность загнутой части.

Линия изгиба: Линия, которая запланирована и должна быть нарисована на листе, должна инициировать поворот.

Радиус изгиба (внутри): Значение внутреннего диаметра, определяющее вогнутый край изгиба.

Высота (или длина) фланца: Расстояние по вертикали, измеренное параллельно направлению вогнутой поверхности поворота, которая соединяется с фланцем, - до его сечения.

Поверхность прокладки: Для достижения плотных границ укладывается эластичный материал, а поверхность фланца становится поверхностью для крепления.

Отверстия для болтов: Круглые отверстия во фланцах предназначены для крепления компонентов болтами.

Типы фланцев из листового металла

В обработке листового металла фланцы являются одними из самых распространенных элементов, которые формируются путем сгибания и используются для усиления, соединения или крепления. К основным типам относятся:

Угловой фланец: Изгиб под углом 90 градусов с L-образной формой, в основном для придания жесткости и обеспечения точек крепления.

Приподнятый фланец: Фланец располагается над основной поверхностью листа, что может использоваться для зазора или как приподнятое основание для монтажа.

Плоский фланец: Фланец находится в одной плоскости с плоскостью основания для плоского соединения поверхности с поверхностью или для монтажа.

Фланец трубы: Фланец круглой формы, который используется для соединения труб или создания соединения в отверстии в металлическом листе с помощью болтов.

Ушной фланец / наконечник: Небольшая, похожая на ушко, выступающая часть основного корпуса, которая используется для определения местоположения, подвешивания или просто для крепления.

Фланцевый край: Это процесс, при котором свободный край листа загибается для его укрепления или создания соединительной поверхности. Его конкретная форма может быть различной (например, простой загиб, подшивка).

Фланец с желобком: Имеет канавку на лицевой стороне фланца, которая может быть обработана или сформирована с целью размещения уплотнений, таких как уплотнительные кольца, для герметизации или позиционирования с другими сопрягаемыми деталями.

Фланец с отверстием: Это рельефный край, который образуется вокруг отверстия в металлическом листе. Его основная функция - укрепить область вокруг отверстия, чтобы оно не порвалось, или обеспечить поверхность для опоры или крепления.

Тип фланца зависит от потребностей применения, включая необходимую прочность, способ соединения, уплотнение, допуск и способ соединения с другими компонентами.

Распространенные материалы для фланцев из листового металла

Тип материала, используемого при изготовлении фланца, оказывает значительное влияние на его характеристики, простоту производства и долговечность. Это требования к прочности, весу, коррозии, изгибаемости и стоимости материала. К распространенным материалам относятся:

Пластичность и предел текучести - вот некоторые из свойств материала, которые влияют на правила проектирования. Важно отметить, что менее вязкие материалы требуют большего радиуса изгиба. Более прочные материалы требуют большего усилия при формовке и обладают большей упругостью, что необходимо учитывать в процессе производства, поэтому требуют большего контроля.

Как производятся фланцы из листового металла?

Преобладающим методом создания фланцев является гибка, обычно выполняемая на листогибочном прессе. Базовое понимание этого процесса позволяет выявить основные конструктивные ограничения. Как правило, он состоит из следующих этапов:

Дизайн и выбор материалов: Определите необходимые размеры, угол и расположение фланца; выберите подходящий материал и толщину листового металла.

Резка: Точная резка листового металла до необходимого размера заготовки с помощью таких методов, как ножницы, лазерная резка или штамповка/резка с ЧПУ.

Маркировка/программирование: Точно отметьте линию изгиба на заготовке или запрограммируйте ее с помощью системы ЧПУ, чтобы направлять процесс гибки.

Зажимные и инструментальные приспособления: Надежно зажмите заготовку в формовочном станке (обычно это листогибочный пресс) и установите пуансон и матрицу, подходящие для материала и желаемого изгиба.

Операция сгибания: С помощью станка прижмите металл пуансоном и матрицей, чтобы согнуть фланец до нужного угла и формы.

Обеспечение качества: Угол, высота и длина сформированного фланца должны быть измерены и сверены с проектным фланцем для обеспечения качества и стандартизации.

Отделка (по мере необходимости): Любые дополнительные операции, которые могут потребоваться в зависимости от назначения детали, например, снятие заусенцев для удаления острых кромок или нанесение защитного или декоративного покрытия (краска, гальваника и т.д.).

Другие методы: Несмотря на то, что наиболее распространенным является листогибочный пресс, фланцы также могут быть изготовлены следующими способами:

Штамповка: Используется в прогрессивных или составных штампах для формирования фланцев, а также других элементов на деталях большого объема.

Формование рулонов: Производство длинных деталей с равномерным поперечным сечением (включая фланцы) путем пропускания листа через серию валков.

Тем не менее, для подавляющего большинства дискретных деталей из листового металла, требующих фланцев, листогибочный пресс по-прежнему является основным рабочим инструментом.

Ключевые соображения при разработке фланцев и их спецификаций

Именно здесь проектный замысел встречается с производственной реальностью. Тщательное внимание к этим деталям жизненно важно для успешного результата.

Высота (или длина) фланца: Недостаточная высота - распространенная причина производственных неудач.

Рекомендации: Некоторые из основных правил включают "Min Height ≥ 1,5 x T", в то время как более точное правило для штамповки на листогибочном прессе, которое гарантирует достаточный контакт со штампом, часто выражается как "Min Height ≥ 4 x T + R" (где T=толщина, R=радиус внутреннего изгиба). Существуют вариации в зависимости от геометрии штампа, но это правило показывает, что требуется гораздо больше, чем толщина.

Внутренний радиус изгиба (R): Влияет на формуемость и концентрацию напряжений.

Общее правило: R ≥ T является хорошей отправной точкой для большинства сталей, чтобы избежать образования трещин на внешней поверхности изгиба.

Материальные соображения: Некоторые материалы, например, некоторые алюминиевые сплавы, высокопрочные стали, менее пластичны и, следовательно, требуют больших радиусов (1,5T, 2T или более). Обратитесь к техническим паспортам.

Стандартизация: У изготовителей есть стандартные радиусы пробивки. Использование этих стандартных радиусов (например, 0,8 мм, 1,6 мм, 2,4 мм, 3,2 мм или их дюймовых эквивалентов) обходится дешевле, чем заказ специальных радиусов. Когда деталь имеет одинаковые изгибы, ее легче настраивать.

Особенность Близость к поворотам: Отверстия, прорези, кромки, вырезанные слишком близко к линии сгиба, скорее всего, деформируются при формовке.

Правило разминирования: Соблюдайте минимальное расстояние от края элемента до точка касания радиуса изгиба. Обычно рекомендуется Min Distance ≥ 3 x T + R. В некоторых источниках могут использоваться более простые коэффициенты, например 2T или 2,5T от самой линии изгиба - уточните, какая точка отсчета используется.

Облегчение изгиба: Если избежать близкого расположения невозможно, предусмотрите рельефные элементы (небольшие выемки или вырезы на концах линии сгиба) для обеспечения плавного перемещения материала без изменения формы детали.

Расчеты изгиба (надбавки/вычеты): При разработке плоских деталей необходимо учитывать удлинение материала в процессе гибки. Сюда входят такие факторы, как "Допуск на изгиб", "Вычет на изгиб" или "К-фактор", которые используются для определения угла изгиба, радиуса, толщины и положения нейтральной оси. Системы автоматизированного проектирования обычно выполняют эти расчеты, но конструкторы должны понимать принцип работы, чтобы гарантировать правильное создание плоских деталей.

Допуски: Указывайте реалистичные допуски. Как правило, стандартный допуск на угловое положение для листогибов составляет около +/- 1 градуса в любом направлении. Допуски на размеры не очень жесткие и могут быть в диапазоне от +/- 0,25 мм до +/- 0,75 мм для обычных работ. Указание очень маленького допуска, который не требуется для применения детали, только увеличит стоимость изготовления и усложнит процесс.

Последовательность: Рекомендуется использовать одинаковый радиус изгиба и, по возможности, одинаковую высоту фланца для нескольких фланцев в потоке деталей, так как это сокращает замену инструмента и программирование.

Если эти моменты учитываются при проектировании, то проблемы с производством и низким качеством деталей сводятся к минимуму.

Сотрудничество с TZR для безупречного изготовления фланцев

Сложная конструкция и точное изготовление фланцев из листового металла имеют решающее значение для успеха вашего проекта. Компания TZR специализируется на безупречном изготовлении фланцев из листового металла, обслуживая такие отрасли, как автомобилестроение, медицинское оборудование, 3D-печать и возобновляемые источники энергии. Обладая большим опытом, мы умело работаем с широким спектром материалов, включая сталь, нержавеющую сталь, алюминий, медь и латунь. Наши обширные возможности включают в себя передовые технологии, такие как листогибочные прессы, лазерная резка и плазменная резка, дополненные различными видами обработки поверхности, такими как полировка и порошковое покрытие.

Компания TZR стремится поставлять высококачественную продукцию, достигая точности до ±0,02 мм. Приверженность стандартам ISO 9000 и квалификационный показатель продукции 98% демонстрируют наше стремление соответствовать мировым требованиям и потребностям клиентов. Мы уделяем особое внимание качеству на каждом этапе и предлагаем тщательный анализ DFM, проводимый экспертами с 30-летним опытом работы. Сотрудничайте с TZR для получения надежных и точно изготовленных фланцев из листового металла.

Разнообразные области применения фланцев из листового металла

Практические преимущества фланцев обуславливают их применение в широком спектре отраслей и продуктов:

Электроника и корпуса: Необходимы для создания жестких шасси и корпусов. Обеспечивают монтажные поверхности для печатных плат, источников питания, разъемов; формируют посадочные кромки для крышек и панелей, часто с уплотнениями.

Автомобиль: Используется в конструкциях автомобилей для придания жесткости (кузовные панели, рамы), соединения компонентов (сварка/клёпка поверхностей) и создания кронштейнов для крепления двигателя, подвески и деталей интерьера.

Аэрокосмическая промышленность: Критически важен для создания легких, но жестких конструктивных элементов (ребра, лонжероны, кронштейны) из алюминиевых и титановых сплавов, где соотношение прочности и веса имеет первостепенное значение.

HVAC: Используются при изготовлении воздуховодов для соединения секций между собой, например, фланцы TDC/TDF, которые обеспечивают герметизацию и механическое крепление воздуховодов, а также придают дополнительную жесткость длинным участкам воздуховодов.

Приборы: Предлагают внутренние опоры и точки крепления для двигателей и насосов, а также полки в стиральных машинах, сушилках, холодильниках, духовках и т.д., и гладкие края на внешних корпусах.

Строительство и архитектура: Используется в соединительных элементах конструкций, крепеже для фасадов и кровли, кронштейнах и других архитектурных металлоконструкциях.

Промышленное оборудование: Для защиты машин, жесткости, защитных бортиков, рам оборудования, монтажных панелей для двигателей и датчиков, а также корпусов панелей управления.

Другими словами, там, где необходимо усилить, соединить, прикрепить или снять фаску с металлического листа, фланец - идеальное решение.

Общие проблемы и лучшие практики для фланцев из листового металла

Успешное проектирование и производство фланцев предполагает предвидение и предотвращение распространенных проблем.

Общие вопросы:

Растрескивание при изгибе: Разрушение наружной поверхности из-за слишком малого радиуса для материала или изгиба параллельно неблагоприятному направлению зерна.

Искажение характеристик: Отверстия/пазы вблизи зоны изгиба деформируются из-за отсутствия достаточного пространства от зоны изгиба.

Неспособность к формированию: Высота фланца ниже минимальной, необходимой для стабильного контакта с матрицей.

Угловая неточность: Конечный угол отклоняется от спецификации из-за некомпенсированного отката или несоответствия свойств материала.

Маркировка инструментов: Любая нежелательная линия или углубление на поверхности детали в результате контакта с инструментом, давления, оказываемого инструментом, или попадания мусора.

Волнистость фланца/лук: Отсутствие плоскостности по краю фланца, особенно на длинных и тонких фланцах.

Лучшие практики:

Стандарты минимальной высоты: Всегда следуйте основным эмпирическим правилам (4T + R для листогибочного пресса) и уточняйте у своего изготовителя, какие конструкции близки к минимальным.

Выберите подходящий радиус изгиба: Установите R ≥ T как минимум, а для непроводящих материалов увеличьте R; в противном случае используйте стандартные радиусы изгиба изготовителя.

Обеспечьте зазор между элементами: Соблюдайте расстояние не менее ≥3T + R или аналогичное расстояние, либо используйте разгрузочные элементы для изгибов.

Материал и зерно нот: Также следует учитывать формуемость материала. Укажите, важна ли ориентация изгиба по отношению к зерну.

Предоставьте четкие чертежи: Все размеры, углы, радиусы, допуски, тип и толщина материала должны быть четко указаны.

Поддерживайте стандартизацию: По возможности, радиусы и фланцы должны быть стандартными, чтобы облегчить процесс производства.

DFM (Design for Manufacturability): Как можно раньше проконсультируйтесь с изготовителем листового металла. Это поможет им обнаружить проблемы и адаптировать конструкцию к своим технологическим процессам, тем самым сократив временные и денежные затраты и повысив качество.

Эти практики меняют ориентацию с решения проблем на разработку решений, что приводит к появлению более надежных и менее дорогостоящих решений.

Заключение

Фланец из листового металла - один из основных компонентов конструкции, но совсем не простой. Это основной компонент, который обеспечивает поддержку, позволяет соединять и формировать широкий спектр изделий в процессе производства. Начиная с базового определения фланцев и заканчивая более тонкими деталями материалов, методов производства и параметров конструкции, невозможно проектировать детали из листового металла без хорошего понимания фланцев.

В заключение следует отметить, что применение фланцев из листового металла зависит от конструкции, свойств материала и знания производственного процесса. Таким образом, инженеры и дизайнеры могут продолжать использовать эту простую, но эффективную функцию для разработки новых, эффективных и высококачественных изделий из листового металла.