Jauge fine et jauge épaisse dans la fabrication de tôles : comparaison des coûts, des performances et du retour sur investissement

Comme le ISO Norme 13920-BF, Les tolérances dimensionnelles et géométriques des composants structurels soudés doivent être classées selon leur fonction afin de garantir l'interchangeabilité des assemblages.

Pour adhérer strictement à cette norme, notre équipe DFM travaille en étroite collaboration avec le projet dès le début en décomposant les exigences de tolérance pour chaque étape du processus en fonction des paramètres de matériaux mesurés et des compensations du processus. Nous avons même pris trois mois pour effectuer 12 séries d'essais comparatifs de flexion et de soudage sur de l'acier inoxydable de différents calibres, ce qui nous a aidé à compiler une base de données sur le retour élastique et un ensemble de coefficients de correction de contrainte qui englobent 17 matériaux couramment utilisés. Cela nous permet de prédire avec précision les risques de formage dus aux différentes épaisseurs de tôle.

Notre système de fabrication est certifié selon le système de gestion de la qualité médicale ISO 13485, et tous les paramètres ont été confirmés par une production de masse plutôt que par des calculs théoriques.

La sélection scientifique de l'épaisseur des plaques est la première étape pour réduire les coûts du projet et améliorer l'efficacité. Vous pouvez télécharger notre « Livre blanc sur la sélection des calibres de tôlerie » compilé pour comprendre rapidement la logique de sélection et les points à éviter dans différents scénarios, en fournissant des références de données complètes pour une évaluation préliminaire du projet.

Pourquoi les modèles de tarification conventionnels calculent-ils systématiquement mal les coûts de sélection des calibres de tôle ?

Dans le processus de sélection de calibre de tôle, les feuilles minces de calibre 24 sont moins chères en matière d'approvisionnement en matières premières, car elles pèsent moins par pièce. Mais les feuilles fines sont plus susceptibles de se déformer lorsqu'elles sont exposées à une découpe thermique laser à haute fréquence, ce qui entraîne une diminution de l'utilisation de la mise en page. En outre, les coûts de post-combustion du soudage laser peuvent même augmenter de plus de 35 %, ce qui réduira le retour sur investissement global du processus.retour sur investissement.

Comparaison de la structure des coûts pour différentes épaisseurs de tôles d'acier laminées à froid

Comparaison des coûts d'épaisseur de tôle (acier laminé à froid SPCC)

1. La disposition des tôles fines force une plus grande zone de chevauchement anti-éruption (taille de la bande), de sorte que l'utilisation de matériaux diminue de plus de 15 % par rapport aux métaux plus épais. Il s'agit de loin de l'élément de coût caché le plus simple à négliger dans la comptabilité du coût de l'épaisseur de la tôle, et il réduit directement le niveau d'utilisation des matériaux dans la fabrication de la tôle.
2. Le soudage de tôles fines implique généralement moins d'énergie de ligne et des intervalles de soudage par points plus larges, ce qui équivaut à un temps de soudage unitaire 35 à 50 % plus élevé qu'avec des tôles épaisses.
3. Avec des tôles minces de calibre 24, des opérations supplémentaires de nivellement et de rigidification des nervures sont nécessaires, ce qui augmente le temps auxiliaire par pièce de 20 %. C'est la cause fondamentale du coût total plus élevé du service de fabrication de fines jauges.

Logique d'optimisation des coûts pour les boîtiers électroniques de précision

1. Le passage à des jauges de calibre 16 plutôt qu'à des jauges de calibre 22 entraîne une augmentation du poids de la matière première mais évite le besoin d'anti-déformation du coin en utilisant des nervures de renforcement et des processus de nivellement.
2. La rigidité structurelle améliorée des tôles plus épaisses diminue l'investissement dans le soudage des dispositifs anti-déformation, ce qui conduit à un amortissement des coûts inférieur lors de la production de masse. Une sélection appropriée de calibres de tôlerie peut grandement améliorer l'l'efficacité du processus de fabrication de tôlerie.
3. Des mesures réelles indiquent que la solution de calibre 16 pour les boîtiers électroniques de précision réduit le coût total d'achat par unité de 18 %.

En d'autres termes, c'est la même chose que l'achat de papier d'emballage, le papier fin est moins cher à l'unité mais plus sujet aux dommages, de ce fait, plus de matériau de rembourrage est nécessaire, ce qui entraîne un coût total plus élevé que l'utilisation de papier légèrement plus épais.

Figure 1 : Tableau comparatif de différentes épaisseurs de tôle, de fine à épaisse.

Comment atténuer les déformations structurelles graves lors d'un service de fabrication de précision à faible épaisseur ?

Dans le service de fabrication de fines épaisseurs, éviter la déformation des pièces en tôle mince est étroitement lié à la prévention de la concentration des contraintes au niveau de la ligne de pliage et de la distance au bord du trou. L'utilisation de la spécification DFM (où la distance entre la paroi du trou et le bord du rayon de courbure est plus de deux fois l'épaisseur de la tôle) et la fourniture de nervures de renfort préformées dans les principales zones vulnérables à la déformation peuvent limiter le changement de forme d'un boîtier en acier inoxydable de calibre 20 au-delà de 0,15 mm.

Spécifications des paramètres du processus de pliage

• La largeur de la rainure en V de la matrice inférieure doit être choisie dans la plage de 6t à 8t afin de ne pas provoquer une contrainte de traction excessive à l'extérieur de la tôle par une rainure en V trop étroite. En fait, il s'agit du principal critère de réalisation du processus de formage dans le service de fabrication de fines épaisseurs et également d'un paramètre de pliage pour la fabrication de tôles.
• La vitesse de pliage doit être limitée à un maximum de 10 mm/s afin de ne pas entraîner l'accumulation de contraintes résiduelles dues au formage à grande vitesse.
• Le pliage continu en plusieurs passes doit être exécuté dans un ordre symétrique pour contrebalancer la déformation totale causée par l'accumulation de contraintes sur un côté. Cette règle s'applique également à la fabrication de tôles fines ou épaisses.

Schéma de contrôle des contraintes de soudage

• Changez la version de soudage par points laser (Stitch Welding) par une version de soudage complet en continu pour réduire l'apport de chaleur total.
• Réglez l'espacement des soudures à 15 à 20 fois l'épaisseur de la tôle pour avoir l'équilibre optimal entre la résistance de la connexion et le contrôle de la déformation thermique. Les paramètres détaillés associés peuvent être obtenus à partir des spécifications correspondantes dans le guide d'épaisseur de tôle. Il s'agit d'un élément d'ajustement majeur pour les paramètres de soudage de la tôle.
• Grâce à ce système, le niveau global de retrait thermique du boîtier en alliage d'aluminium 5052 de calibre 24 est réduit de 60 %, ce qui est suffisant pour l'assemblage de haute précision et sans espace des rails coulissants.

De manière très simple, cela peut être comparé au fait de coller une coque en papier. Le papier se pliera lorsqu'il sera chauffé si la colle est appliquée en continu. La résistance de la connexion et la planéité de la surface de la plaque sont conservées grâce à une application ponctuelle segmentée.

Quelles sont les directives de correction du retour élastique dynamique pour le service de tôlerie à calibre personnalisé ?

Pendant le service de tôlerie à calibre personnalisé, le retour élastique résultant des opérations d'emboutissage et de pliage peut entraîner une modification des dimensions d'assemblage du dispositif médical. Pour l'acier inoxydable à haute résistance de calibre 22, LS Manufacturing atteint le formage final tolérance d'angle de ±0,5° en préréglant une compensation de flexion excessive de 6° avec une cintreuse CNC à cinq axes.

Comparaison des paramètres de retour élastique en flexion pour différentes épaisseurs de matériau

Différences de formage par pliage entre les plaques minces et épaisses

1. Les plaques épaisses présentent une proportion plus élevée de zone de déformation plastique et le retour élastique est principalement dominé par la récupération élastique avec une petite plage de fluctuation angulaire. Il s'agit de la base de jugement de base pour la compensation du retour élastique dans le service de tôlerie à calibre personnalisé, ainsi que de la performance de base du mécanisme de retour élastique pour la fabrication de tôlerie.
2. Pour les plaques métalliques très fines, l'effet de l'écrouissage sera plus important, la limite d'élasticité continuera d'augmenter avec le processus de formage et, par conséquent, les changements dans l'angle de retour élastique seront plus importants.
3. Sous la même pression de flexion, l'angle de retour élastique de l'acier inoxydable de calibre 24 est plus de 4 fois celui de l'acier à faible teneur en carbone de calibre 12. La sélection précise du calibre de tôle est une condition préalable au contrôle du retour élastique.

Application de la technologie intelligente de compensation de flexion

1. Intégration de la technologie intelligente de compensation de flexion (ATC) avec détection de pression en temps réel pour la correction de la profondeur de flexion en temps réel.
2. Il est capable de réviser l'erreur de dimensionnement résultant des changements dans la limite d'élasticité de différents lots de tôle afin de pouvoir répondre aux problèmes de personnalisation flexibles des petits lots et, en fait, d'améliorer réellement la cohérence de la taille de Fabrication de tôles fines ou épaisses. Il peut également garantir que la précision dimensionnelle de la fabrication de tôles sera conforme aux normes.
3. Lors de la production de masse, le taux de conformité des dimensions angulaires aux normes peut être augmenté à 99,7 %, contre 82 % obtenu par les processus traditionnels.

Le contrôle Springback détermine directement la précision d'assemblage des produits de précision. Vous pouvez soumettre des dessins de produits pour obtenir une évaluation gratuite des risques de retour élastique dans la fabrication de tôles fines ou épaisses, avec des ingénieurs senior fournissant une compensation de flexion ciblée et des suggestions d'optimisation des processus.

Figure 2 : Supports en tôle de précision avec différents modèles de trous.

Pourquoi un numéro de tableau de jauge inférieur nécessite-t-il un rayon de courbure considérablement plus grand pour éviter les microfissures structurelles ?

Le guide d'épaisseur de tôle indique qu'avec des plaques d'épaisseur de calibre 7 à 14, si le rayon de courbure intérieur est inférieur à 1 fois l'épaisseur de la plaque, la contrainte de traction sur la couche externe de la plaque sera supérieure à la limite de résistance à la traction du matériau, ce qui entraînera la formation de microfissures le long de la crête de flexion. LS Manufacturing utilise la règle des tôles épaisses de Rmin 1,5 t pour maintenir la durée de vie à la fatigue à long terme des composants structurels lourds.

Fissuration micromécanique par flexion des plaques épaisses

1. Dans le cintrage de plaques épaisses, avec l'augmentation de l'épaisseur de la plaque, l'allongement des fibres externes augmente, et il est très probable qu'il dépasse la limite de la l'allongement du matériau après rupture. Les valeurs critiques associées peuvent être obtenues dans le guide d'épaisseur de tôle, qui représente un cas typique de mécanisme de rupture dans la fabrication de tôle.
2. Les défauts aux limites des grains sont les endroits les plus probables où la fracture peut commencer dans le mécanisme de fracture par clivage, et la surface de fracture le long de la crête de courbure représente la caractéristique principale.
3. Lorsque les microfissures sont soumises à des charges alternées par l'ouverture et la fermeture des fissures, la croissance des fissures est accélérée, entraînant finalement l'apparition d'une rupture soudaine des composants structurels. La sélection scientifique de calibres de tôle peut être une mesure permettant de réduire ce risque au minimum.

Direction du grain et méthodes d'optimisation de la disposition

1. Si lors de la fabrication du grain de la tôle est dans la direction parallèle à la ligne de pliage, alors la probabilité de formation de fissures dans les tôles épaisses est en moyenne plus de 3 fois.
2. Des algorithmes multi-dispositions permettant à la ligne de pliage de former un angle de 45° ou 90° avec le sens du grain peuvent réduire réellement la probabilité de fissuration. Il s'agit de l'optimisation de la fabrication de tôlerie standard qui a jusqu'à présent été la pratique des ingénieurs en fabrication de tôle, exploitant pleinement les caractéristiques d'orientation des grains de la fabrication de tôle.
3. Grâce à cette optimisation, la durée de vie en fatigue des supports des machines d'ingénierie peut être augmentée jusqu'à 300 %.

L'essentiel est que cela est similaire au pliage d'une planche de bois, le pliage dans le sens du grain est plus susceptible aux fissures, tandis que le pliage dans le sens du grain est capable de résister à des déformations plus importantes.

Comment évaluer le retour sur investissement à long terme de la fabrication de tôles pour les boîtiers de cadres de dispositifs médicaux ?

L'aspect le plus fondamental pour déterminer le retour sur investissement de la fabrication de tôle des armoires pour équipements médicaux est la sélection rationnelle de l'épaisseur de la tôle : des tôles de calibre 11 comme cadre porteur principal assurant la résistance sismique, plus des tôles fines de calibre 20 comme revêtement externe les panneaux, peuvent réduire le poids total de 25 %, ce qui réduit les coûts de logistique aérienne.

Répartition du coût du cycle de vie

• Coût de fabrication initial : cela comprend le coût du traitement de surface des matières premières et des tests, qui ensemble représentent 40 % du coût total du cycle de vie. Cet élément du coût de fabrication est l'entrée fondamentale dans le calcul du retour sur investissement de la fabrication de la tôle et l'un des principaux éléments du coût du cycle de vie de la fabrication de la tôle.
• Coûts de logistique et d'entreposage : Une réduction de 10 % du poids total des marchandises signifie souvent une diminution d'environ 12 % des frais de fret aérien international.
• Coûts d'exploitation et de maintenance : Les structures allégées en réduisant l'épaisseur peuvent également réduire les charges des équipements, ce qui entraîne une réduction du besoin de maintenance sur une longue période. Cet aspect est souvent négligé lors des estimations traditionnelles du coût de l'épaisseur de la tôle.

Approches pour calculer les avantages de l'optimisation de l'épaisseur des parois

• Utilisez le logiciel d'analyse par éléments finis (FEA) pour simuler divers scénarios de charge et trouver des opportunités de réduction de l'épaisseur dans les sections non porteuses tout en maintenant l'intégrité et la rigidité structurelles.
• Le temps de traitement des structures sandwich en plaques minces est en réalité plus long. Néanmoins, les économies qui en résultent en termes de coûts de transport et d’énergie sont suffisantes pour compenser le désavantage initial dans un délai de 12 mois. Professional sheet metal fabrication companies can provide thorough calculation models and assistance that covers the implementation of solutions for weight optimization in sheet metal fabrication.
• For expensive medical equipment, the use of a combination of both thick and thin sheet metal fabrication can increase the total lifecycle Return on Investment (ROI) by over 22%.

Lifecycle cost optimization can significantly improve the long-term profitability of projects. You can provide the equipment's weight and transportation scenario parameters, and we will calculate the lifecycle ROI for different sheet metal thickness cost options free of charge to find the optimal wall thickness combination.

Figure 3: Various sheet metal enclosures and brackets on a workbench.

What Strict Welding Methodology Updates Are Vital For Heavy Machinery Parts Utilizing 7 To 14 Thick Gauge Blanks?

At sheet metal fabrication service for heavy-duty sheet metal parts, In particular for heavy engineer structural parts over 11 Gauge, a multi-pass pulsed MIG welding process using a V-groove beveling is necessary plus preheating at 150℃ to avoid welding defects such as lack of fusion and intergranular corrosion.

Welding Groove and Preheating Specifications for Thick Plates

Many purchasers, when designing heavy structural components with the factory, stress most about structural failures resulting from internal weld defects.