Руководство по толщине и калибрам листового металла: Таблицы, стандарты и стратегии выбора

При проектировании листового металла выбор правильной толщины материала - одно из самых важных решений, которые вам предстоит принять. Это не просто незначительная деталь - она фактически закладывает основу для всего проекта.

Эта единственная переменная определяет три вещи: прочность вашей детали, ее вес и стоимость производства.

Необходимо найти оптимальный баланс. Если вы выберете слишком тонкий лист, ваше изделие может деформироваться или выйти из строя под нагрузкой. Но если вы выберете слишком толстый лист, то столкнетесь с другими проблемами. Деталь станет излишне тяжелой, а производственные затраты вырастут гораздо быстрее, чем вы планировали.

Эта статья является исчерпывающим руководством по принятию этого важного решения. Мы не ограничимся простыми таблицами пересчета, а рассмотрим стратегические аспекты выбора материалов, реалии цепочки поставок и принципы проектирования для производства (DFM). Независимо от того, масштабируете ли вы прототип или оптимизируете производственную линию, это руководство призвано преодолеть разрыв между цифровым дизайном и физической реальностью.

Оглавление

Что такое толщина листового металла?

Прежде чем погружаться в сложные таблицы пересчета, необходимо классифицировать то, с чем мы на самом деле работаем. В металлургической промышленности плоский прокат обычно подразделяется на три различные категории в зависимости от его толщины. Хотя точные точки отсечения могут немного отличаться в зависимости от международного стандарта, общее мнение разделяет их следующим образом:

Три категории металлических плоских изделий

Фольга

Речь идет о чрезвычайно тонких металлических листах, толщина которых обычно составляет менее 0,2 мм (0,006 дюйма). Фольга в основном используется для упаковки, экранирования электроники и теплообмена. Она требует деликатного обращения, так как склонна к разрывам и смятию.

Лист

Это основной предмет нашего руководства и наиболее распространенная форма, используемая в общем производстве. Толщина листового металла обычно варьируется от 0,5 мм (0,020 дюйма) до 6 мм (0,25 дюйма). По сути, это зона "золотого сечения" - тоньше, чем конструкционный лист, но толще, чем фольга.

Тарелка

Металл толщиной более 6 мм (0,25 дюйма) классифицируется как лист. Пластины используются для изготовления конструкций, таких как мосты, основания тяжелых машин и корпуса кораблей.

Замечание по обращению

Различие между листом и плитой часто диктует рабочий процесс в цехе. Листовой металл (особенно в легких манометрах) часто можно управлять вручную или с помощью легких вакуумных подъемников. В отличие от, Пластина металлическая Это непростительно тяжело: один лист 4×8 из ½-дюймовой стали весит более 650 фунтов, что требует кранов, погрузчиков и специализированного тяжелого оборудования для сгибания и резки.

Что такое система манометров

Для непосвященных система калибров - самый запутанный аспект поиска металла. Понимание ее происхождения помогает прояснить ее логику.

Система калибров возникла в британской проволочной промышленности еще до появления универсальных стандартов измерения. Она основывалась на том, сколько раз металлическая проволока должна быть протянута через фильеру, чтобы достичь определенного диаметра. Проволока, протянутая только один раз (1 калибр), была толстой; проволока, протянутая 30 раз (30 калибров), была очень тонкой. Эта логика была адаптирована к листовому металлу на основе вес на квадратный фут. Следовательно, система работает в обратном масштабе: Большее число калибров означает более тонкий металл.

Манометр не является универсальным

Это самая важная концепция для дизайнеров: Размер зависит от материала. Поскольку система опирается на вес, а различные металлы имеют разную плотность, физическая толщина конкретного калибра меняется в зависимости от материала.

Например, A 16 калибр лист Стандартная сталь составляет примерно 0,0598 дюйма (1,52 мм). Однако 16 калибр лист Алюминий составляет примерно 0,0508 дюйма (1,29 мм).

Если вы проектируете деталь, предполагая, что 16 калибр является универсальной толщиной, переход от стали к алюминию без корректировки CAD-модели может привести к тому, что детали не будут подходить по размеру, будут иметь недостаточную прочность или неправильные вычеты на изгиб.

Единицы измерения и лучшие практики

Сегодня в промышленности существует конфликт между устаревшей терминологией (Gauge/GA) и единицами точного машиностроения (Inches или Millimeters). В то время как инженеры и агенты по закупкам часто говорят в "калибрах", производственные станки (лазеры) и программное обеспечение CAD работают в точных десятичных единицах.

Чтобы избежать двусмысленности и дорогостоящих производственных ошибок, всегда указывайте фактическую толщину в миллиметрах (мм) или десятичных дюймах на чертежах и в заказах на поставку. Используйте номер калибра только как ссылку, а не как основную спецификацию. (например, "1,5 мм - сталь 16GA CR").

Шаблоны калибров для конкретных материалов

Поскольку система калибров основана на весе, а каждый металл обладает уникальной плотностью, полагаться на единую "мастер-карту" - залог беды. Различные семейства материалов используют разные стандарты калибровки. Для точного выбора материалов необходимо понимать специфические тенденции и производственные различия для каждого типа металла.

Углеродистая сталь (мягкая сталь)

Углеродистая сталь соответствует Стандартный калибр производителя (MSG) которые обычно соответствуют стандартам, установленным ASTM International. Однако и в этой категории наличие толщины в значительной степени зависит от метода производства: Горячекатаный против. Холодная прокатка.

  • Горячекатаная сталь (толще): Произведенная при высоких температурах, эта сталь обычно имеет чешуйчатую, шероховатую поверхность. Как правило, она выпускается в более толстых калибрах (обычно От 7 до 14 калибров) и размеров пластин. Это лучшее решение для конструктивных элементов, где отделка поверхности имеет второстепенное значение по сравнению с прочностью и стоимостью.
  • Холоднокатаная сталь (более тонкая): После горячей прокатки эта сталь подвергается дальнейшей обработке при комнатной температуре для достижения точных размеров и гладкой, маслянистой поверхности. Она обычно встречается в тонких прокатках (обычно От 16 до 28 калибров). Благодаря своей точности он является стандартом для бытовой техники, автомобильных кузовных деталей и корпусов.

Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь обычно соответствует Стандартный калибр СШАНе MSG.
Поскольку нержавеющая сталь немного плотнее углеродистой (за счет содержания хрома и никеля), фунт нержавеющей стали имеет немного меньшую площадь поверхности или толщину, чем фунт низкоуглеродистой стали. При одинаковом калибровочном числе нержавеющая сталь часто имеет номинальную толщину тоньше чем углеродистая сталь.

Оцинкованная сталь

Оцинкованная сталь имеет уникальную переменную: защитный слой цинка. В отличие от обычной стали, толщина оцинкованного листа обычно относится к толщина покрытия, а не толщина основного металла.

Оцинкованный лист 16-го калибра имеет примерно такую же общую толщину, как и лист стандартной стали 16-го калибра. Однако, поскольку это измерение включает слой приклеенного цинка, фактический стальной сердечник тоньше, чем у листа без покрытия. Если снять слой цинкового покрытия, то под ним окажется немного уменьшенная конструкционная сталь.

Цветные металлы

Правила полностью меняются при переходе от металлов на основе железа.

Алюминий

Хотя таблица калибров алюминия (основанная на стандарте Brown & Sharpe) существует, современная промышленность в значительной степени игнорирует ее. Профессиональные изготовители и поставщики почти исключительно указывают алюминий по десятичная толщина (В дюймах или миллиметрах). Вы редко услышите в магазине запрос на "алюминий 10-го калибра"; они попросят "0,100 алюминия" или "Алюминий 0,125 (1/8 дюйма)". Использование калибровочных чисел для алюминия считается устаревшим и может привести к значительной путанице.

Медь и латунь

В этих материалах обычно используется Brown & Sharpe (B&S) или Американский калибр проводов (AWG) системы. Эти стандарты полностью отличаются от стандартов для стали. Например, сталь 16-го калибра составляет ~0,060″, а медь 16-го калибра (B&S) - ~0,050″. Разница составляет примерно 20%, что является огромной погрешностью при производстве.

Стандартные таблицы калибров листового металла

Чтобы помочь вам сориентироваться в различиях между материалами, мы привели ниже таблицы пересчета стандартных калибров.
Ниже приведены значения номинальный. Как уже говорилось ранее, фактические допуски фрезы обычно приводят к тому, что материал оказывается немного тоньше номинального значения. Всегда уточняйте конкретные требования к допускам у ShincoFab перед производством.

1. Стандартная углеродистая сталь (MSG)

Наиболее распространенный стандарт производства. Обратите внимание, что 16 GA является "рабочей лошадкой" для корпусов.

МанометрТолщина (в)Толщина (мм)Общее приложение
70.1794.55Шарниры для тяжелых конструкций, компоненты шасси грузовых автомобилей
80.1644.18Прочные кронштейны, крепления для наружной инфраструктуры
100.1353.42Проступи для промышленных лестниц, ограждения для тяжелого оборудования
110.1203.04Структурные панели, детали автомобильных шасси
120.1052.66Прочные электрические шкафы, дверные коробки
140.0751.90Стандартные промышленные корпуса (боксы NEMA), серверные стойки
160.0601.52Отраслевой стандарт для корпусов ПК, светильников, шкафов
180.0481.21Легкие крышки, панели для приборов, поддоны для сбора капель
200.0360.91Внутренние декоративные панели, подложки для вывесок
220.0300.76Воздуховоды систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, легкие оклады
240.0240.61Кухонные вытяжки, воздуховоды
260.0180.45Гофрированная кровля, экономичная жесткая упаковка
280.0150.38Тонкие оклады, метки, неструктурные покрытия

2. Оцинкованная сталь

Толщина обычно включает в себя цинковое покрытие.

МанометрТолщина (в)Толщина (мм)Общее приложение
100.1383.51Опоры для наружных конструкций, стеллажи для солнечных батарей
120.1082.75Оборудование для гаражных ворот, электрические коробки
140.0791.99Наружные блоки отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, кронштейны для ограждений
160.0641.61Стандарт для воздуховодов, складских стеллажей
180.0521.31Водостоки, водосточные трубы, кузовные панели
200.0401.01Гибкие воздуховоды, металлическая кровля (стоячий фальц)
220.0340.85Сайдинг, фальшпанели, угловые элементы
240.0280.70Спиральные воздуховоды, легкие корпуса
260.0220.55Гофрированный сайдинг, вентиляционные трубы
280.0190.48Облицовка общего назначения, отделка

3. Нержавеющая сталь

Немного тоньше углеродистой стали при той же толщине. Используется для обеспечения гигиеничности и коррозионной стойкости.

МанометрТолщина (в)Толщина (мм)Общее приложение
70.1884.76Тяжелые химические резервуары, структурные фланцы
80.1724.37Стенки промышленных чанов, архитектурные опоры
100.1413.57Прилавки для коммерческих кухонь, базы для медицинского оборудования
110.1253.18Желоба для пищевой промышленности, панели лифтов
120.1092.78Прочные столы для ресторанов, ударные плиты
140.0781.98Стандарт для поверхностей, подвергающихся чрезмерному использованию, лабораторных столов
160.0631.59Кухонные мойки, столешницы, ограждения для чистых помещений
180.0501.27Шкурки для приборов (холодильники), задние стенки
200.0380.95Вытяжные колпаки, декоративная отделка
220.0310.79Отделка и облицовка легких приборов
240.0250.64Утварь, сложные штампованные детали
260.0190.48Облицовки для дымоходов, декоративные вставки

4. Алюминиевый лист

В идеале указывается в десятичных дюймах/мм, но размеры относятся к стандарту B&S.

МанометрТолщина (в)Толщина (мм)Общее приложение
80.1293.26Дорожные знаки большой грузоподъемности, конструктивные детали самолетов
100.1022.59Кузова грузовиков, корпуса лодок
120.0812.05Высокопрочные производственные панели
140.0641.63Стандарт для уличных знаков, электронных шасси
160.0511.29Обшивка самолетов, топливные баки
180.0401.02Автомобильные панели, светоотражатели
200.0320.81Корпуса для бытовой электроники (ноутбуки)
220.0250.64Теплозащитные экраны, ребра
240.0200.51Таблички, декоративная отделка

5. Медный и латунный лист

Используется в основном для обеспечения электропроводности или декорирования. (Стандарт B&S)

МанометрТолщина (в)Толщина (мм)Общее приложение
80.1293.26Сборные шины, распределение тяжелого электричества
100.1022.59Архитектурная кровля, основания для скульптур
120.0812.05Заземляющие пластины, толстые шайбы
160.0511.29Вытяжки, раковины, столешницы
180.0401.02Декоративная облицовка стен, фундаменты для ювелирных изделий
200.0320.81Водосточные желоба, электрические контакты
220.0250.64Экранирование радиочастотного излучения, флейринг, ремесла
240.0200.51Тиснение, прокладки, уплотнители

Ключевые факторы для выбора правильной толщины

Выбор правильного калибра - это не просто выбор числа из таблицы; это инженерное решение, которое позволяет сбалансировать производительность, стоимость и технологичность. При определении спецификаций для вашего проекта учитывайте эти четыре важнейшие составляющие.

Конструктивные требования (нагрузка и прочность)

Наиболее очевидной функцией толщины является обеспечение физической прочности, но тип нагрузки диктует необходимую толщину.

Статические и динамические нагрузки

Для статических нагрузок (например, полка, на которой стоит компьютер) основной задачей является предотвращение прогиба или провисания. Однако для динамических нагрузок (например, вибрирующей опоры двигателя или движущейся детали автомобиля) жесткость становится критически важной для предотвращения усталостного разрушения.

Кубическое правило жесткости

Инженеры должны помнить, что жесткость находится в кубической зависимости от толщины. Удвоение толщины листа делает его восемь раз жестче. Поэтому небольшое увеличение калибра (например, переход с 18GA на 16GA) может привести к значительному увеличению жесткости.

Компромисс

Несмотря на то, что более толстый материал прочнее, он также тяжелее и дороже. Задача состоит в том, чтобы найти минимум Толщина, которая надежно отвечает вашим требованиям к нагрузке, что позволяет экономить на стоимости и весе.

Производственные процессы (фактор формоустойчивости)

Частой ошибкой является выбор толщины, которая хорошо выглядит в САПР, но является кошмаром на производстве. Выбранный вами калибр определяет, какие методы производства могут быть использованы.

Гибка и формовка

  • Минимальный радиус изгиба: У каждого металла определенной толщины есть минимальный радиус, до которого его можно согнуть, прежде чем он расколется. Более толстые металлы требуют большего внутреннего радиуса. Если ваша конструкция требует острых, четких углов, вы можете быть вынуждены использовать более тонкий металл, чтобы добиться этого без разрушения конструкции.
  • Спрингбэк: Более толстые металлы накапливают больше упругой энергии при изгибе. Это вызывает "пружинящий откат", когда металл пытается вернуться к своей первоначальной форме, что требует более сложных настроек инструмента и усилий для достижения точных углов.

Ограничения при сварке

  • Риски, связанные с тонким материалом: Сварка металлов тоньше, чем 18 калибр (~1,2 мм) требует высокой квалификации или специализированного оборудования (например, Pulse TIG), чтобы избежать "прожога", когда тепло проплавляет отверстие прямо через лист.
  • Затраты на толстый материал: И наоборот, при сварке тяжелых изделий часто требуется скос кромок (снятие фаски) и несколько проходов сварки для обеспечения проплавления, что значительно увеличивает трудозатраты и риск теплового искажения.

Ограничения при резке

Лазерные резаки и вырубные прессы имеют ограничения по мощности. С увеличением толщины скорость резки резко падает. Резка листа толщиной 1/4″ происходит значительно медленнее и, следовательно, дороже, чем резка листа толщиной 14 калибров.

Контроль веса

Вес - это негласный фактор затрат, который выходит за рамки цены сырья.

Эксплуатационный вес

В таких отраслях, как автомобильная, аэрокосмическая и даже портативная бытовая электроника, важен каждый грамм. Выбор алюминиевого листа 20-го калибра вместо стального листа 16-го калибра может снизить вес сборки более чем на 60%, что напрямую влияет на топливную экономичность или портативность.

Логистический вес

Никогда не забывайте о транспортировке и погрузочно-разгрузочных работах. Изделие, изготовленное из стали 10-го калибра, может оказаться слишком тяжелым для подъема одним оператором, и для его установки потребуется бригада из двух человек или вилочный погрузчик. Это увеличивает скрытые трудозатраты и повышает тарифы на грузоперевозки.

Окружающая среда и долговечность

Где будет жить деталь? Условия эксплуатации должны влиять на выбор толщины так же, как и конструкционные нагрузки.

Коррозионная надбавка

На открытом воздухе или в морской среде металл неизбежно окисляется со временем. Дизайнеры часто выбирают металл немного толще, чем это необходимо с точки зрения конструкции, чтобы он служил в качестве жертвенный слой. Если лист 20-го калибра ржавеет на 0,2 мм, он может потерять структурную целостность; если лист 12-го калибра ржавеет на 0,2 мм, он остается функциональным.

Крытый и открытый

Корпуса внутри помещений (серверные стойки, электрические коробки) защищены от воздействия стихий и могут использовать более тонкие и легкие калибры (часто 16GA - 20GA). Для наружной инфраструктуры (шкафы NEMA, кровля) требуются более толстые калибры (от 10GA до 14GA), чтобы выдерживать ветровые нагрузки, удары града и температурные циклы.

Стратегия поиска поставщиков и цепочек поставок в реальных условиях

Спроектировать идеальную деталь - это только половина дела; вторая половина - это поиск материалов для ее изготовления. Чаще всего между инженерными и закупочными отделами возникают разногласия, связанные с выбором материалов, которые технически возможны, но логистически нецелесообразны. Понимание цепочки поставок может значительно сократить расходы и время выполнения заказа.

Стандартные размеры запасов и эффективность раскроя

Листовой металл не выпускается бесконечных размеров. Обычно он поставляется в листах стандартных размеров, как фанера или гипсокартон. В Северной Америке наиболее распространенными размерами листов являются 4′ x 8′ (48″ x 96″), 4′ x 10′ (48″ x 120″), и 5′ x 10′ (60″ x 120″). В метрическом выражении это примерно равно 1,2 х 2,4 м и 1,5 х 3,0 м.

Стратегия гнездования

Под "вложением" понимается количество деталей, которые производитель может разместить на одном листе.
Ловушка: Проектирование детали шириной 47,5″ кажется прекрасным для листа 48″. Однако лазерные резаки требуют границы (каркас) для стабильности - обычно от 0,5 до 1″. Деталь шириной 47,5″ не поместится на листе 48″, что вынудит мастерскую покупать более крупный и дорогой лист 60″ или соглашаться на большое количество брака. Всегда проектируйте с учетом размера исходного листа за вычетом пропила и зажима, чтобы максимизировать выход продукции и снизить цену изделия.

Доступность в сравнении с временем выполнения заказа

Если толщина указана на таблице калибров, это не значит, что она лежит на полке. Большинство производственных цехов держат на складе большие объемы стали 10, 11, 12, 14, 16, 18, 20 и 24 калибров. Это рабочие лошадки в промышленности. Такие калибры, как 13, 15, 17 или 19, редко бывают в наличии.

Если в вашем проекте указана сталь 17-го калибра, у изготовителя есть два варианта: ждать несколько недель заказа на прокатный стан (скорее всего, с большим минимальным весом) или заменить ее на 16-й калибр (более толстый/тяжелый). Если только в вашем приложении нет жестких ограничений по весу/прочности, которые полностью исключают стандартные варианты, всегда округляйте размеры до ближайшей четной цифры. Это позволяет получить более дешевый и быстрый продукт.

Переработка рулонов в листы

Важно помнить, что большинство листового металла производится в виде массивных, плотно намотанных рулонов весом в тысячи фунтов. Чтобы получить плоский лист, эти рулоны разматывают и пропускают через выравнивающие машины в процессе, известном как "резка по длине". Однако металл обладает "материальная память"-физическая тенденция к возвращению к кривизне катушки. Несмотря на современные технологии выравнивания, остаточные напряжения часто остаются, особенно в тонких материалах (обычно 24GA - 18GA).

Это внутреннее напряжение часто проявляется в виде консервирование масломЭто дефект, при котором большие плоские участки без опоры имеют волнистый, изломанный вид. Чтобы избежать этой эстетической проблемы при использовании материалов, находящихся на виду - например, архитектурных фасадов или дверей бытовой техники, - инженеры должны быть осторожны при выборе тонкого материала для больших плоских панелей. Вместо этого следует выбрать более толстый материал (16GA+) или включить в конструкцию ребра жесткости, чтобы противостоять естественному напряжению и сохранить действительно ровную поверхность.

Практические инструменты и измерения

Независимо от того, проверяете ли вы входящие запасы или проводите реинжиниринг существующей детали, знание того, как точно измерить толщину, крайне важно. В разных сценариях требуются разные инструменты, а неправильное обращение с материалами во время измерений может привести к травмам.

Инструменты первой необходимости

Инструмент для измерения толщины листового металла (колесо)

Этот круглый стальной инструмент является промышленным стандартом для быстрой идентификации. Он имеет предварительно вырезанные пазы, соответствующие различным номерам калибров.

Как его использовать: Вставьте металл в щель (зазор), не отверстие в нижней части паза. Правильный калибр - это наименьший размер паза, в который металл помещается без усилия.
Важнейшее примечание: Существуют разные круги для черных (сталь/железо) и цветных (алюминий/медь) металлов. Использование стального манометра для измерения алюминия приведет к неправильным показаниям из-за различий в стандартах.

Штангенциркули и микрометры

Для инженерной проверки манометрическое колесо слишком неточно. Цифровые штангенциркули или микрометры необходимы для считывания фактической десятичной толщины (например, 0,057″). Только так можно определить, находится ли лист на высоком или низком конце диапазона допусков фрезы, что очень важно для прецизионных операций прессовой посадки.

Передовые измерения: Ультразвуковые толщиномеры

Что делать, если вам нужно измерить толщину закрытого ящика, бака или трубы, где нет доступа к другой стороне, чтобы использовать штангенциркуль? Вы можете попробовать Ультразвуковые толщиномеры. Эти портативные устройства используют высокочастотные звуковые волны для измерения времени прохождения импульса через металл и его отражения обратно.

Они незаменимы для контроля качества (QA) готовых узлов или для проверки коррозии/утончения стенок на установленном оборудовании для технического обслуживания без разрушения детали.

Спектр опасностей

Листовой металл меняет свою индивидуальность при изменении толщины. Протоколы безопасности должны адаптироваться соответствующим образом.

Тонкие листы (Риск бритвы)

Тонкостенные изделия, как правило, 18GA и тоньше, сохраняют невероятно острый срезанный край. Они гибкие и могут "выгибаться" при движении. Основной риск здесь - рваные раны. Глубокие порезы могут возникнуть мгновенно, если провести голой рукой по кромке. Всегда надевайте перчатки, устойчивые к порезам (кевлар/дайнема). при работе с тонкой массой.

Толстые пластины (Опасность раздавливания)

Когда материал переходит в категорию пластин (1/4″ и выше), риск переходит от порезов к дроблению. Лист, который кажется легким, может весить сотни фунтов. Ручной подъем может привести к серьезной травме спины, а падение листа может привести к перелому костей. Для работы с тяжелыми листами требуются ботинки со стальными носками, тщательное планирование "точек защемления" и часто механическая помощь, например магниты или вакуумные подъемники.

Заключение

Знание толщины листового металла - это не просто чтение таблицы калибров; оно определяет критический баланс между структурной целостностью, весом и стоимостью производства вашего изделия. Ориентирование в сложностях системы калибров, стандартов на конкретные материалы и доступности цепочки поставок необходимо для преодоления разрыва между цифровым проектом и успешным физическим продуктом. Хорошо подобранная толщина не только обеспечивает эксплуатационные характеристики, но и упрощает производство и сокращает ненужные отходы.

Однако вам не придется искать компромисс между инженерными решениями в одиночку. На сайте ShincoFabМы помогаем клиентам по всему миру воплощать сложные требования в прецизионные компоненты. Если вам нужно руководство по оптимизации допусков для глобального поиска поставщиков или управление переходом от прототипа к серийному производству, наша команда экспертов готова воплотить ваши проекты в жизнь. Свяжитесь с ShincoFab сегодня, чтобы убедиться, что ваша производственная стратегия так же точна, как и ваши инженерные разработки.

Прокрутить к верху