Je hliníkový pásek s vysokou tvrdostí H18 s barevným povlakem vhodný pro lisování?

Abstraktní

Barevně potažené hliníkové pásky H18 s vysokou tvrdostí jsou široce používány ve venkovních dekoracích, v příslušenství baterií, v elektronickém stínění a obalovém průmyslu díky jejich vynikající povrchové odolnosti proti povětrnostním vlivům, odolnosti proti poškrábání a strukturální tuhosti. Průmysloví výrobci však neustále čelí zmatkům ohledně přizpůsobivosti lisování. Tento článek analyzuje vnitřní mechanické vlastnosti substrátů z tvrzeného hliníku H18, strukturální vady organických barevných nátěrových filmů a skutečné případy selhání lisování. Dochází k závěru, že hliníkové pásy s barevným povlakem H18 jsou způsobilé pouze pro nízkodeformační vysekávání a lisování s mělkým ohybem a jsou zcela nekompatibilní s hlubokým tažením, obrubováním a lisováním s komplexním profilováním. Pro snížení rizika odlupování povlaku a praskání substrátu jsou rovněž navržena odpovídající cílená opatření ke zlepšení procesu lisování.

1. Základní definice H18 Temper a mechanické vlastnosti substrátu

Podle normy pro temperování hliníkové slitiny formulované Aluminium Association, H18 představuje plně deformačně zpevněnou temperaci bez mezižíhání. Na rozdíl od částečně tvrdých popouštění H12, H14 a H16 získávají hliníkové pásy H18 ultra vysokou tvrdost prostřednictvím jednorázového válcování za studena s mírou deformace při zpracování přesahující 75 %, bez následného tepelného zpracování k obnovení tažnosti. U běžných substrátů z čistého hliníku řady 1000 a slitin hliníku a manganu 3003 používaných pro barevný povlak mechanické parametry vykazují zjevná omezení pro tváření plastů: hliník 1060 H18 má prodloužení při přetržení pouze 1 % až 3 % a hliník 3003 H18 dosahuje pouze 4 % až 5 %. Naproti tomu běžný hliník H14 preferovaný lisováním má tažnost nad 12 %.

Dalším kritickým omezením je vysoké zbytkové napětí v tahu uvnitř substrátů H18. Silná akumulace dislokace mřížky během válcování za studena způsobuje, že materiál je náchylný ke koncentraci napětí při vnější smykové a tahové síle. Jakmile místní napětí přesáhne 5 %, objeví se nejprve mikrotrhlinky na okraji pásu a poté se během milisekund rozšíří přes substrát. Tato inherentní křehkost je primární bariérou omezující lisování s velkou deformací, nezávisle na povrchové barevné vrstvě.

2. Další rizika ražení způsobená strukturami barevných povlaků

Ve srovnání s holými hliníkovými pásy H18 přidávají produkty s barevným povlakem třívrstvou kompozitní strukturu včetně chemické konverzní fólie, základního nátěru a vrchního nátěru odolného vůči povětrnostním vlivům na obou stranách. Celková tloušťka povlaku se pohybuje od 18 μm do 35 μm, což představuje dvě jedinečná rizika selhání lisování, která u holého hliníku neexistují.

Nejprve naneste soudržný peeling. Organické polyesterové a fluorokarbonové povlaky používané pro průmyslové hliníkové pásy mají mnohem nižší tažnost (méně než 2 %) než hliníkové substráty. Během lisovacího ohýbání nemůže povrchový povlak sledovat drobnou plastickou deformaci hliníkové matrice, což vede k příčnému praskání a odlupování ohybových zaoblení. I při mělkém ražení s deformací pod 3 % se na povrchu nátěru objeví viditelné mikrotrhliny, které sníží odolnost hotových výrobků vůči povětrnostním vlivům a korozi a způsobí předčasné rezivění při venkovních provozech.

Za druhé, přilnavost formy a poškrábání povrchu. Hladký vytvrzený barevný povlak má nízký koeficient povrchového tření. Při vysokotlakém lisování dojde k lokální vakuové adhezi mezi povrchem povlaku a ocelovými formami. Nepřetržité podávání způsobí nevratné škrábance na povlaku, které nelze opravit následným zpracováním. V hromadné výrobě může tato vada zvýšit míru vadnosti o více než 18 % bez povrchové úpravy formy.

3. Klasifikační posouzení přizpůsobivosti ražení

3.1 Použitelné scénáře nízkodeformačního lisování

Hliníkové pásy s barevným povlakem H18 jsou plně vhodné pro stříhání, propichování, rovné mělké ohýbání s poloměrem ohybu ≥ 3krát tloušťka pásu a ploché ořezové lisování s napětím menším než 3 %. Mezi typické případy použití patří elektronické zaslepení těsnění, oříznutí plochých reklamních panelů a ohnutí obdélníkového krytu baterie v jednom úhlu. V těchto procesech materiál snáší pouze smykové napětí bez zjevné tahové deformace. Údaje o hromadné výrobě ukazují, že při spojení s leštěnými formami a vodnými lisovacími mazivy může být míra vadnosti hotového výrobku snížena pod 1,2 %, což odpovídá standardům průmyslové kvality. Mezitím vysoká tvrdost temperování H18 zajišťuje, že lisované díly se po tvarování nebudou odrážet a deformovat, což řeší problém rozměrové nestability obrobků z měkkého hliníku.

3.2 Nepoužitelné scénáře lisování s velkou deformací

Všechny lisovací procesy vyžadující plastickou deformaci v tahu, včetně hlubokého tažení, víceúhlového lemování, kulového profilování a ohýbání s úzkým poloměrem (poloměr ohybu <2násobek tloušťky pásu), se nedoporučují. Při zkouškách hlubokého tažení 3003 hliníkových pásů s barevným povlakem H18 s hloubkou tažení 8 mm trpělo 92 % obrobků současným porušením substrátu a velkoplošným odlupováním povlaku na zaoblení matrice. Základní příčinou je dvojí selhání: tahová deformace substrátu překračuje mez prodloužení a tažnost povlaku nemůže koordinovat deformaci matrice. Opakované sekundární ražení je navíc přísně zakázáno. Akumulace zbytkového napětí po prvním ražení dále sníží tvárnost substrátu, což vede ke spontánnímu praskání během 72 hodin po zpracování.

4. Optimalizace procesu pro kvalifikovanou lisovací výrobu

Pro podniky, které musí přijmout hliník s barevným povlakem H18 pro lisování s nízkou deformací, mohou čtyři cílené úpravy zmírnit rizika kvality. Nejprve vyleštěte dutiny forem na Ra≤0,2 μm a proveďte úpravu DLC diamantovým uhlíkovým povlakem, aby se eliminovalo poškrábání a přilnavost povlaku. Za druhé, místo olejových lubrikantů používejte lubrikanty na vodní bázi s nízkou viskozitou. Olejová maziva způsobí změnu barvy povlaku a selhání přilnavosti při vysokých teplotách lisování. Za třetí, řiďte rychlost lisování pod 15 zdvihů za minutu. Vysokorychlostní lisování způsobí okamžité rázové napětí a vyvolá praskání hran. Za čtvrté, před lisováním vyřízněte vyhrazené zářezy pro uvolnění pnutí na okrajích pásu, abyste uvolnili zbytkové napětí při válcování za studena a zabránili trhání hran.

5. Závěr a návrhy na výběr materiálu

Abychom to shrnuli, hliníkové pásy s vysokou tvrdostí H18 s barevným povlakem nejsou univerzálně vhodné pro lisování. Jsou preferovaným materiálem pro lisovací díly s nízkou deformací a vysokou tuhostí bez složitých tvarových požadavků díky vynikajícímu výkonu proti odskoku a neporušené povrchové úpravě. Je však nevhodný pro jakékoli střední a velké plastické deformační lisovací procesy. U složitých lisovaných obrobků by výrobci měli nahradit materiály temperovanými hliníkovými pásy s barevným povlakem H14 nebo H16, které vyvažují tvrdost a tažnost. Pro venkovní díly pro dlouhodobý servis vyžadující jak povrchovou odolnost, tak tvarovací výkon, jsou cenově výhodnější alternativy slitinové modely, jako je hliník s barevným povlakem 3005 H16.