آیا نوار آلومینیومی با پوشش رنگی H18 با سختی بالا برای پردازش مهر زنی مناسب است؟

چکیده

نوارهای آلومینیومی با رنگ H18 با سختی بالا به دلیل مقاومت عالی در برابر آب و هوای سطحی، مقاومت در برابر خراش و استحکام ساختاری به طور گسترده در دکوراسیون بیرونی، لوازم جانبی باتری، صنایع محافظ الکترونیکی و بسته بندی استفاده می شود. با این حال، تولید کنندگان صنعتی به طور مداوم در مورد سازگاری مهر زنی آن با سردرگمی مواجه می شوند. این مقاله خواص مکانیکی داخلی زیرلایه‌های آلومینیومی H18، عیوب ساختاری لایه‌های پوشش رنگی آلی و موارد شکست واقعی مهر زنی را تجزیه و تحلیل می‌کند. این نتیجه می‌گیرد که نوارهای آلومینیومی با پوشش رنگی H18 فقط برای مهر زنی با تغییر شکل کم و خمش کم عمق واجد شرایط هستند و کاملاً با کشش عمیق، فلنجینگ و مهر زنی پروفیل پیچیده ناسازگار هستند. اقدامات بهبود فرآیند مهر زنی هدفمند مربوطه نیز برای کاهش خطرات پوسته شدن پوشش و ترک خوردگی بستر پیشنهاد شده است.

1. تعریف اصلی خواص مکانیکی دما و بستر H18

بر اساس استاندارد دمای آلیاژ آلومینیوم که توسط انجمن آلومینیوم فرموله شده است، H18 نشان دهنده مزاج کامل با کرنش سخت شده بدون بازپخت متوسط ​​است. برخلاف H12، H14 و H16، نوارهای آلومینیومی H18 سختی فوق العاده بالایی را از طریق نورد سرد یک بار با نرخ تغییر شکل پردازش بیش از 75 درصد به دست می آورند، بدون اینکه عملیات حرارتی بعدی برای بازیابی شکل پذیری انجام شود. برای زیرلایه‌های آلومینیوم خالص سری 1000 و زیرلایه‌های آلیاژ آلومینیوم- منگنز 3003 که برای پوشش رنگی استفاده می‌شوند، پارامترهای مکانیکی محدودیت‌های آشکاری را برای شکل‌دهی پلاستیک نشان می‌دهند: آلومینیوم 1060 H18 دارای کشیدگی در شکست فقط 1٪ تا 3٪ و 3003 تا 5٪ H18٪ آلومینیوم است. در مقابل، آلومینیوم H14 ترجیحی مهر زنی معمولی دارای کشیدگی بالای 12 درصد است.

تنش پسماند کششی بالا در زیرلایه های H18 یکی دیگر از محدودیت های حیاتی است. تجمع نابجایی شبکه در طول نورد سرد باعث می شود که مواد مستعد تمرکز تنش تحت نیروی برشی و کششی خارجی باشند. هنگامی که کرنش موضعی از 5% فراتر رفت، ابتدا ریزترک‌ها در لبه نوار ظاهر می‌شوند، سپس در عرض میلی‌ثانیه در سراسر بستر گسترش می‌یابند. این شکنندگی ذاتی مانع اصلی است که مهر زنی با تغییر شکل بزرگ را، مستقل از لایه پوشش رنگ سطح، محدود می کند.

2. خطرات اضافی مهر زنی ناشی از ساختارهای پوشش رنگی

در مقایسه با نوارهای آلومینیومی لخت H18، محصولات با پوشش رنگی ساختار کامپوزیتی سه لایه شامل فیلم تبدیل شیمیایی، پوشش اولیه و پوشش مقاوم در برابر آب و هوا را در هر دو طرف اضافه می‌کنند. ضخامت کل پوشش از 18 میکرومتر تا 35 میکرومتر متغیر است، که دو خطر شکست مهر زنی منحصر به فرد را معرفی می کند که در آلومینیوم خالی وجود ندارد.

ابتدا لایه برداری منسجم را پوشش دهید. پوشش های پلی استر آلی و فلوئوروکربن مورد استفاده برای نوارهای آلومینیومی صنعتی دارای کشیدگی بسیار کمتر (کمتر از 2٪) نسبت به بسترهای آلومینیومی هستند. در طول خمش مهر زنی، پوشش سطح نمی تواند تغییر شکل پلاستیکی ریز ماتریس آلومینیوم را دنبال کند، که منجر به ترک های عرضی و پوسته شدن در خم شدن فیله ها می شود. حتی برای مهر زنی کم عمق با تغییر شکل زیر 3 درصد، ریز ترک‌های قابل مشاهده روی سطح پوشش ظاهر می‌شوند که مقاومت آب‌وهوا و مقاومت در برابر خوردگی محصولات نهایی را کاهش می‌دهد و باعث زنگ‌زدگی زودهنگام در سناریوهای خدمات در فضای باز می‌شود.

دوم، چسبندگی قالب و خراش سطح. پوشش رنگی صاف شده دارای ضریب اصطکاک سطحی پایینی است. تحت فشار فشار بالا، چسبندگی خلاء موضعی بین سطح پوشش و قالب های فولادی رخ می دهد. تغذیه مداوم باعث ایجاد خراش های برگشت ناپذیری بر روی پوشش می شود که با پس پردازش قابل ترمیم نیست. در تولید انبوه، این عیب می تواند نرخ عیب را تا بیش از 18 درصد بدون عملیات سطح قالب افزایش دهد.

3. قضاوت طبقه بندی انطباق پذیری مهر

3.1 سناریوهای مهر زنی با تغییر شکل کم قابل اجرا

نوارهای آلومینیومی با روکش رنگی H18 برای پر کردن، سوراخ کردن، خمش کم عمق مستقیم با شعاع خمش ≥ 3 برابر ضخامت نوار و مهر زنی صاف با کرنش کمتر از 3 درصد کاملاً مناسب هستند. موارد کاربرد معمولی شامل پوشش الکترونیکی واشر، پیرایش پانل تبلیغاتی مسطح و خم شدن تک زاویه پوشش باتری مستطیلی است. در این فرآیندها، ماده فقط تنش برشی را بدون تغییر شکل کششی آشکار تحمل می کند. داده‌های تولید انبوه نشان می‌دهد که هنگام تطبیق با قالب‌های صیقلی و روان‌کننده‌های مهر زنی مبتنی بر آب، میزان نقص محصول نهایی را می‌توان زیر 1.2% کنترل کرد که مطابق با استانداردهای کیفیت صنعتی است. در همین حال، سختی بالای تمپر H18 تضمین می‌کند که قطعات مهر شده پس از شکل‌گیری مجدداً برگشت و تغییر شکل نخواهند داد و مشکل ناپایداری ابعادی قطعات کار آلومینیومی با مزاج نرم را حل می‌کند.

3.2 سناریوهای مهر زنی با تغییر شکل بزرگ غیر قابل اجرا

تمام فرآیندهای مهر زنی که نیاز به تغییر شکل پلاستیک کششی دارند، از جمله کشش عمیق، فلنجینگ چند زاویه ای، پروفیل کروی و خمش با شعاع باریک (شعاع خمش کمتر از 2 برابر ضخامت نوار) ​​توصیه نمی شود. در آزمایش‌های کشش عمیق نوارهای آلومینیومی با پوشش رنگی 3003 H18 با عمق کشش 8 میلی‌متر، 92 درصد از قطعات کار دچار شکستگی همزمان بستر و لایه‌برداری سطح وسیعی از پوشش در فیله قالب شدند. علت اصلی شکست دوگانه است: کرنش کششی بستر از حد ازدیاد طول فراتر می رود و شکل پذیری پوشش نمی تواند تغییر شکل ماتریس را هماهنگ کند. علاوه بر این، مکرر مهر زنی ثانویه اکیداً ممنوع است. تجمع تنش پسماند پس از اولین مهر زنی، شکل پذیری زیرلایه را بیشتر کاهش می دهد و منجر به ترک خود به خود در طی 72 ساعت پس از پردازش می شود.

4. بهینه سازی فرآیند برای تولید مهر زنی واجد شرایط

برای شرکت هایی که باید از آلومینیوم با پوشش رنگی H18 برای مهر زنی با تغییر شکل کم استفاده کنند، چهار تنظیم هدفمند می تواند خطرات کیفیت را کاهش دهد. ابتدا، حفره‌های قالب را به Ra≤0.2μm صیقل دهید و برای از بین بردن خراش و چسبندگی پوشش، عملیات پوشش کربنی الماس مانند DLC را انجام دهید. دوم اینکه به جای روان کننده های روغنی از روان کننده های پایه آب با ویسکوزیته کم استفاده کنید. روان کننده های روغنی باعث تغییر رنگ پوشش و خرابی چسبندگی در دماهای بالا می شوند. سوم، سرعت مهر زدن را زیر 15 ضربه در دقیقه کنترل کنید. مهر زنی با سرعت بالا باعث ایجاد استرس ضربه ای آنی و ایجاد ترک خوردن لبه می شود. چهارم، بریدگی‌های تنش‌زدایی محفوظ را در لبه‌های نوار قبل از کوبیدن برش دهید تا تنش باقیمانده نورد سرد آزاد شود و از پارگی لبه جلوگیری شود.

5. نتیجه گیری و پیشنهادات انتخاب مواد

به طور خلاصه، نوارهای آلومینیومی با رنگ H18 با سختی بالا برای مهر زنی مناسب نیستند. آنها به لطف عملکرد عالی ضد برگشت و پوشش سطح دست نخورده، یک ماده ترجیحی برای قطعات مهر زنی با تغییر شکل کم و استحکام بالا و بدون نیاز به شکل پیچیده هستند. با این حال، برای هر فرآیند مهر زنی تغییر شکل پلاستیکی متوسط ​​و بزرگ نامناسب است. برای قطعات پیچیده مهر زنی، سازندگان باید مواد را با نوارهای آلومینیومی رنگی H14 یا H16 جایگزین کنند که سختی و شکل پذیری را متعادل می کند. برای قطعات خدمات طولانی‌مدت در فضای باز که هم به دوام سطح و هم به عملکرد شکل‌دهی نیاز دارند، مدل‌های آلیاژی مانند آلومینیوم با پوشش رنگی 3005 H16 جایگزین‌های مقرون‌به‌صرفه‌تری هستند.