Распространенные материалы, используемые в деталях из листового металла

В деталях из листового металла используется материал, который является одним из трех важных элементов производства листового металла. Благодаря передовым технологиям производства листового металла и пресс-форм, высококачественные детали из листового металла могут быть изготовлены только из материалов с хорошими характеристиками штамповки. Выбор и комплексные свойства материалов оказывают решающее влияние на стоимость, производительность, качество и технологичность изделия.

Листовые материалы - это полуфабрикаты различной формы, такие как тонкие листы, средние листы, толстые листы, узкие полосы и полосовые материалы.

Классифицируются по толщине: толстые пластины (более 4 мм), средние пластины (3~4 мм) и тонкие пластины (менее 3 мм).

Листовые материалы, в зависимости от состояния проката, делятся на горячекатаные и холоднокатаные стальные листы.

I. Выбор материала для листового металла

1) Обычные металлические материалы должны быть приоритетными и не выходить за рамки справочника материалов компании.

2) В рамках одного продукта старайтесь минимизировать разнообразие материалов и спецификаций толщины и размеров листа.

3) Обеспечивая функциональность детали, используйте экономичные материалы, чтобы снизить затраты на материалы.

4) Наряду с обеспечением функциональности детали, учитывайте производительность штамповки и требования к материалу и процесс штамповки гарантировать рациональность и качество обработки деталей.

II. Знакомство с распространенными металлическими материалами

1. Стальная пластина

(1) Тонкий стальной лист холодной прокатки

Холоднокатаный тонкий стальной лист - это термин для обозначения холоднокатаного стального листа из углеродистой конструкционной стали. Он изготавливается путем дальнейшей холодной прокатки горячекатаной стальной полосы из углеродистой конструкционной стали, в результате чего получается стальной лист толщиной менее 4 мм, обычно называемый холодным листом.

При прокатке при комнатной температуре не образуется оксид железа, что обеспечивает превосходное качество поверхности, высокую точность размеров, а также более высокие механические и технологические характеристики, чем у горячекатаных тонких стальных листов, благодаря отжигу. Холоднокатаные тонкие стальные листы далее делятся на холоднокатаные обычные тонкие стальные листы и холоднокатаные высококачественные тонкие стальные листы.

1) Холоднокатаный лист из обычной тонкой стали - это термин для обозначения холоднокатаного стального листа из обычной углеродистой конструкционной стали. Он изготавливается путем дальнейшей холодной прокатки горячекатаной стальной полосы из обычной углеродистой конструкционной стали, в результате чего получается стальной лист толщиной менее 4 мм. Он широко используется во многих областях, особенно в бытовой технике, специализированном радиооборудовании, а также в корпусах и шкафах силовой электроники, постепенно вытесняя горячекатаные тонкие стальные листы.

① Применяемые модели холоднокатаных обычных тонких стальных листов включают: Q195, Q215, Q235, Q275.

2) Как и холоднокатаный обычный тонкий стальной лист, холоднокатаный высококачественный тонкий стальной лист также является наиболее широко используемым тонким стальным листом в холодном листе.

Холоднокатаный высококачественный углеродистый тонкий стальной лист изготавливается из высококачественной углеродистой конструкционной стали, холоднокатаной в тонкий лист толщиной менее 4 мм.

① Применяемые модели холоднокатаных высококачественных тонких стальных листов включают: 08, 8Ф, 10, 10Ф.

Цена холоднокатаных тонких стальных листов превышает цену обычных тонких стальных листов и немного ниже цены оцинкованных стальных листов. Его поверхность ровная и гладкая, но под воздействием влаги он подвержен ржавчине, что требует своевременной покраски для защиты и продления срока службы.

(2) Холоднокатаные тонкие стальные листы для глубокой вытяжки

Для глубокой вытяжки холоднокатаных тонких стальных листов обычно используется раскисленная алюминием спокойная сталь, разновидность высококачественной углеродистой конструкционной стали. Благодаря своей превосходной пластичности и отличной способности к глубокой вытяжке, она широко используется в изделиях, требующих глубокой вытяжки сложных конструкций.

(3) Японские холоднокатаные листы из углеродистой тонкой стали

Применяемые марки для японского холоднокатаного тонколистового углеродистого проката включают SPCC, SPCD и SPCE.

(4) Немецкие холоднокатаные листы из углеродистой тонкой стали

Применяемые марки немецких холоднокатаных тонколистовых углеродистых сталей включают St12, St13, St14, St15 и St14-T.

(5) Непрерывные оцинкованные холоднокатаные тонкие стальные листы

Также известные как "электролитические листы", они относятся к листам, на которых цинк непрерывно осаждается из водного раствора соли цинка на поверхность предварительно подготовленных тонких холоднокатаных стальных листов (полос) под воздействием электрического поля на линии цинкования. В результате образуется равномерный, плотный и хорошо связанный поверхностный слой цинка.

Из-за технологических ограничений этот слой получается относительно тонким. Цинк, будучи относительно недорогим и легко покрываемым металлом, широко используется для защиты стальных деталей, особенно от атмосферной коррозии, и в декоративных целях. Методы нанесения покрытия включают в себя окунание (или навешивание), подачу рулонов (подходит для мелких деталей), автоматическое нанесение покрытия и непрерывное нанесение покрытия (подходит для проволоки и полос).

Электролитический прокатка листов на непрерывном стане холодной прокатки, затем отжигаются на линии CAPL (холоднокатаная отжиговая травильная линия) и, наконец, поступают на установку цинкования. После очистки поверхности и нанесения гальванического покрытия они подвергаются различным видам обработки, таким как фосфатирование, пассивация, промасливание, защита от отпечатков пальцев и легирование, в зависимости от их предполагаемого использования. Механические свойства этих пластин относятся к соответствующей базовой пластине.

Применяемые марки электролитических пластин включают DX1, DX2, DX3 и DX4.

(6) Японский электрооцинкованный тонкий стальной лист

1) Применяемые марки для японского электрооцинкованного тонкого стального листа: SECC (оригинальный лист SPCC), SECD (оригинальный лист SPCD), SECE (оригинальный лист SPCE).

2) Коды цинкового слоя: F8, E16, E24, E32.

(7) Сравнение марок отечественной и зарубежной продукции непрерывного электрооцинкованного холоднокатаного тонколистового проката, см. таблицу 1-1.

Таблица 1-1 Сравнение марок отечественной и зарубежной продукции непрерывного электрооцинкованного холоднокатаного тонколистового проката.

(8) Непрерывный горячеоцинкованный тонкий стальной лист

Это часто называют оцинкованным листом или жестью, имея в виду холоднокатаные непрерывные горячеоцинкованные тонкие стальные листы и полосы толщиной 0,25~2,5 мм. Стальная полоса сначала проходит через печь предварительного нагрева, нагретую пламенем, чтобы сжечь остатки масла на поверхности, при этом на поверхности образуется пленка оксида железа.

Затем ее нагревают до 710~920 градусов Цельсия в печи восстановительного отжига со смешанным газом из водорода и азота для восстановления пленки оксида железа в губчатое железо. Активированная и очищенная стальная лента охлаждается до температуры, немного превышающей температуру плавления цинка, затем поступает в цинковый котел при температуре 450~460 градусов Цельсия.

Толщина поверхности цинкового слоя контролируется с помощью пневматического ножа. Наконец, он подвергается пассивации раствором хромата для повышения устойчивости к белой ржавчине. Поверхность непрерывного горячеоцинкованного тонкого стального листа эстетична, с блочными или листовидными узорами из кристаллов цинка. Покрытие прочное, с отличной устойчивостью к атмосферной коррозии.

Кроме того, непрерывный горячеоцинкованный тонкий стальной лист обладает хорошей свариваемостью и свойствами холодной штамповки. По сравнению с поверхностью непрерывного электрооцинкованного холоднокатаного тонкого стального листа, его покрытие толще и в основном используется для изготовления деталей из листового металла, которые требуют сильного коррозионная стойкость.

1) Применяемые марки для непрерывного горячеоцинкованного тонкого стального листа: Zn100-PT, Zn200-SC, Zn275-JY.

(9) Японский горячеоцинкованный тонкий стальной лист

1) Применяемые марки для японского горячеоцинкованного тонкого стального листа: SGCC, SGCD1, SGCD2, SGCD3.

(10) Немецкий горячеоцинкованный тонкий стальной лист

1) Применяемые марки для немецкого горячеоцинкованного тонкого стального листа: St01Z, St02Z, St03Z, St04Z, St05Z.

2) Коды цинкового слоя: 100, 180, 200, 275, 350, 450.

(11) Лист с алюминиево-цинковым покрытием

Известный также как алюмоцинковый стальной лист, слой сплава этого материала состоит из 55% алюминия, 43,4% цинка и 1,6% кремния, затвердевших при высокой температуре 600 градусов Цельсия. Вся его структура образует компактный четвертичный кристаллический слой алюминия-железа-кремния-цинка, обеспечивающий превосходную коррозионную стойкость.

При регулярном использовании срок службы может достигать 25 лет, что в 3-6 раз дольше, чем у оцинкованных листов, и сопоставимо с листами из нержавеющей стали.

1) Коррозионная стойкость листа с алюминиево-цинковым покрытием обусловлена защитными функциями барьерного слоя алюминия и жертвенной защитой цинка. Когда цинк обеспечивает жертвенную защиту на краях листа, царапинах и поврежденных участках покрытия, алюминий образует нерастворимый оксидный слой, обеспечивая барьерную защиту.

Рулоны из легированной алюцинковой стали прошли более 20 лет испытаний на открытом воздухе в различных атмосферных условиях, подтвердив, что листы из алюцинковой стали с алюминиевым покрытием 55% обеспечивают лучшую защиту кромок, чем листы с алюминиевым покрытием 5%.

2) Листы с алюминиево-цинковым покрытием обладают лучшей термостойкостью, чем оцинкованные стальные листы, аналогичной стойкости к высокотемпературному окислению листов из алюминизированной стали, и могут использоваться в среде с температурой до 315 градусов Цельсия.

3) Высокая отражательная способность листов с алюминиево-цинковым покрытием делает их эффективными тепловыми барьерами. Их теплоотражающая способность почти вдвое выше, чем у оцинкованных стальных листов, поэтому они могут служить в качестве кровли и сайдинга, обеспечивая энергосберегающий эффект, даже без покраски.

4) Благодаря отличной адгезии между цинковым слоем листа с алюминиево-цинковым покрытием и краской, он может быть окрашен для общих целей без предварительной обработки и выветривания, в то время как оцинкованные стальные листы требуют выветривания и предварительной обработки.

(12) Холоднокатаный лист из нержавеющей стали

Благодаря сильной коррозионной стойкости, хорошей проводимости и высокой прочности этот материал широко используется в таких отраслях промышленности, как химическая, пищевая, медицинская, бумажная, нефтяная, атомная, а также в строительстве, производстве посуды, транспортных средств, бытовой техники и различных деталей.

Однако необходимо в полной мере учитывать и его недостатки: стоимость материала в четыре раза выше, чем у обычных оцинкованных листов; высокая прочность материала приводит к значительному износу оснастки прессовое оборудованиечто делает его непригодным для обработки на прессовых станках с ЧПУ; гайки для прижимных заклепок, используемых для листов из нержавеющей стали, должны быть изготовлены из высокопрочной специальной нержавеющей стали, что дорого, а заклепка не является прочной, часто требуя дополнительной точечной сварки для усиления;

Адгезия поверхностного покрытия невысока, а контроль качества затруднен; из-за значительной пружинаВ процессе гибки и штамповки сложно обеспечить точность формы и размеров.

1) Подходящие марки для холоднокатаного листа из нержавеющей стали: 20Cr13, 10Cr17.

2) Распространенные марки, типы и области применения нержавеющей стали приведены в таблице 1-4.

Таблица 1-4 Распространенные марки, типы и области применения нержавеющей стали

① Марка 1Cr18Ni9Ti была отменена в GB/T 20878-2007.

2. Пластины из алюминия и алюминиевых сплавов

Обычно используемые пластины из алюминия и алюминиевых сплавов включают в себя следующие материалы: 3A21, 5A02, твердый алюминий 2A12 и твердый алюминий 2A06.

1) Антикоррозийный алюминий 3A21 (старый сорт LF21, сплав Al-Mn) является наиболее широко используемым антикоррозийным алюминием. Прочность этого сплава невысока (только выше, чем у промышленного), его нельзя усилить термообработкой, и обычно для улучшения механических свойств используются методы холодной обработки. Он обладает высокой пластичностью в отожженном состоянии и приличной пластичностью при полухолодной закалке.

Пластичность при закалке в холодном состоянии низкая, при этом она обладает хорошей коррозионной стойкостью, свариваемостью и плохо поддается обработке. Она подходит для изготовления деталей, требующих высокой пластичности и хорошей свариваемости, работающих в жидких или газообразных средах под небольшой нагрузкой.

2) Антикоррозийный алюминий 5A02 (старый сорт LF2, сплав Al-Mg) обладает лучшей прочностью, чем 3A21, в частности, более высокой усталостной прочностью, пластичностью и коррозионной стойкостью. Он не может быть усилен термообработкой и обладает хорошей свариваемостью при контактной и водородной сварке.

Однако он склонен к образованию кристаллических трещин при дуговой сварке. Сплав хорошо поддается механической обработке в состоянии холодной закалки и полухолодной закалки, в то время как в отожженном состоянии его обрабатываемость плохая. Его можно полировать.

3) Твердый алюминий 2A12 (старая марка LY12) - наиболее широко распространенный высокопрочный твердый алюминий, используемый для изготовления деталей с высокой нагрузкой и конструктивных элементов, работающих при температуре ниже 150 градусов Цельсия. Он может подвергаться термообработке для повышения прочности. Он обладает средней пластичностью в отожженном и свежезакаленном состоянии, а также достойными режущими свойствами после закалки и холодной обработки.

После отжига обрабатываемость низкая. Точечная сварка хороша, но она склонна к образованию межкристаллитных трещин во время газовая сварка и аргонодуговой сварки. Его коррозионная стойкость невысока, обычно она повышается путем анодирования, окраски или покрытия алюминием. Пластичность плохая, и изгиб в нормальном состоянии может вызвать растрескивание на внешних закругленных углах. Лист можно согнуть в течение 1-3 часов после отжига и закалки.

4) Твердый алюминий 2A06 (старый сорт LY6) - это широко используемый твердый алюминий. Его характеристики обработки давлением и обрабатываемость такие же, как у 2A12. Он обладает хорошей пластичностью в отожженном и свежезакаленном состоянии. 2A06 можно закаливать и старить, а его общая коррозионная стойкость такая же, как у 2A12.

При нагреве до 150-250 градусов Цельсия он менее склонен к образованию межкристаллитной коррозии, чем 2A12. Его точечная сварка такой же, как 2A12 и 2A16, а его дуговая сварка лучше, чем 2A12, но хуже, чем 2A16. Он может служить материалом для некоторых типов панелей, но его пластичность плохая. Изгиб в нормальном состоянии может привести к образованию трещин на внешних закругленных углах. Лист можно согнуть в течение примерно 1-3 часов после отжига и закалки.

3. Листы из меди и медных сплавов

Существует два вида широко используемых листов из меди и медных сплавов: Чистая медь (T2) и латунь (H62).

1) Чистая медь (T2) - наиболее часто используемый материал, имеющий фиолетовый цвет. Она обладает высокой электро- и теплопроводностью, а также отличной коррозионной стойкостью и пластичностью. Однако она гораздо менее прочная и твердая, чем латунь, и довольно дорогая. В основном он используется для изготовления токопроводящего, термостойкого и антикоррозийного оборудования, как правило, для компонентов, которые должны пропускать большие токи в источниках питания.

2) Латунь (H62) относится к категории высокоцинковых латуней. Она обладает превосходной прочностью и отличной холодной и горячей обрабатываемостью, легко подвергаясь различным видам обработки давлением и резки. В основном она используется для изготовления различных несущих элементов, подвергающихся глубокой вытяжке и изгибу. Хотя ее электропроводность не так хороша, как у чистой меди, она может похвастаться хорошей прочностью и твердостью, а ее цена достаточно умеренна.

При соблюдении требований к проводимости выбор латуни Н62 вместо чистой меди позволяет значительно сократить расходы на материалы. В настоящее время большинство токопроводящих частей шин изготавливаются из латуни Н62, которая, как было доказано, полностью соответствует предъявляемым требованиям.