Je li aluminijska traka visoke tvrdoće H18 premazana bojom prikladna za obradu štancanjem?

Sažetak

H18 aluminijske trake visoke tvrdoće obložene bojom naširoko su prihvaćene u vanjskom uređenju, dodacima za baterije, elektroničkoj zaštiti i industriji pakiranja zbog svoje izvrsne površinske otpornosti na vremenske uvjete, otpornosti na ogrebotine i strukturne krutosti. Međutim, industrijski proizvođači stalno se suočavaju sa zabunom oko njegove prilagodljivosti žigosanju. Ovaj članak analizira unutarnja mehanička svojstva H18 kaljenih aluminijskih supstrata, strukturne nedostatke organskih premaza u boji i stvarne slučajeve neuspjeha utiskivanja. Zaključuje se da su aluminijske trake obložene bojom H18 kvalificirane samo za utiskivanje s niskim deformacijama i plitko savijanje, te su potpuno nekompatibilne s dubokim izvlačenjem, prirubnicom i složenim profiliranjem. Također se predlažu odgovarajuće ciljane mjere poboljšanja procesa štancanja kako bi se smanjio rizik od ljuštenja premaza i pucanja podloge.

1. Osnovna definicija H18 temperamenta i mehaničkih svojstava podloge

Prema standardu za kaljenje aluminijske legure koji je formuliralo Udruženje za aluminij, H18 predstavlja potpuno kaljenje na deformaciju bez međužarenja. Za razliku od H12, H14 i H16 djelomične tvrdoće, H18 aluminijske trake postižu ultra-visoku tvrdoću jednokratnim hladnim valjanjem sa stopom deformacije obrade koja prelazi 75%, bez naknadne toplinske obrade za vraćanje duktilnosti. Za podloge od čistog aluminija serije 1000 i 3003 legure aluminija i mangana koje se koriste za premaz u boji, mehanički parametri pokazuju očita ograničenja za plastično oblikovanje: aluminij 1060 H18 ima istezanje pri lomu od samo 1% do 3%, a aluminij 3003 H18 doseže samo 4% do 5%. Nasuprot tome, konvencionalni H14 aluminij koji se preferira za utiskivanje ima istezanje iznad 12%.

Visoko vlačno zaostalo naprezanje unutar H18 supstrata još je jedno kritično ograničenje. Ozbiljno nakupljanje dislokacija rešetke tijekom hladnog valjanja čini materijal sklonim koncentraciji naprezanja pod vanjskim smicanjem i vlačnom silom. Nakon što lokalno naprezanje prijeđe 5%, mikropukotine će se prvo pojaviti na rubu trake, a zatim će se proširiti preko podloge unutar milisekundi. Ova inherentna lomljivost je primarna prepreka koja ograničava utiskivanje velikih deformacija, neovisno o površinskom sloju premaza u boji.

2. Dodatni rizici od žigosanja koje donose strukture premaza u boji

U usporedbi s golim H18 aluminijskim trakama, proizvodi obloženi bojom dodaju troslojnu kompozitnu strukturu uključujući film za kemijsku konverziju, temeljni premaz i gornji premaz otporan na vremenske uvjete s obje strane. Ukupna debljina premaza kreće se od 18 μm do 35 μm, što uvodi dva jedinstvena rizika od kvara utiskivanja koji ne postoje u golom aluminiju.

Prvo, premazivanje kohezivnog pilinga. Organski poliesterski i fluorougljični premazi koji se koriste za industrijske aluminijske trake imaju mnogo niže istezanje (manje od 2%) od aluminijskih supstrata. Tijekom savijanja utiskivanjem, površinski premaz ne može slijediti sitnu plastičnu deformaciju aluminijske matrice, što dovodi do poprečnog pucanja i ljuštenja na kutovima savijanja. Čak i za plitko utiskivanje s deformacijom ispod 3%, vidljive mikropukotine će se pojaviti na površini premaza, što će smanjiti otpornost gotovih proizvoda na vremenske uvjete i koroziju i uzrokovati rano hrđanje u scenarijima rada na otvorenom.

Drugo, prianjanje kalupa i grebanje površine. Glatki stvrdnuti premaz u boji ima nizak koeficijent površinskog trenja. Pod visokim pritiskom, doći će do lokalnog vakuumskog prianjanja između površine premaza i čeličnih kalupa. Kontinuirano hranjenje uzrokovat će nepovratne tragove ogrebotina na premazu, koji se ne mogu popraviti naknadnom obradom. U masovnoj proizvodnji, ovaj nedostatak može povećati stopu nedostataka za više od 18% bez površinske obrade kalupa.

3. Klasifikacijska prosudba prilagodljivosti žigosanja

3.1 Primjenjivi scenariji utiskivanja s malim deformacijama

H18 aluminijske trake obložene bojom potpuno su prikladne za izrezivanje, bušenje, ravno plitko savijanje s radijusom savijanja ≥ 3 puta debljinom trake i ravno obrezivanje s naprezanjem manjim od 3%. Tipični slučajevi primjene uključuju elektroničko brtvljenje brtvi, obrezivanje ravnih reklamnih ploča i pravokutno savijanje poklopca baterije pod jednim kutom. U tim procesima materijal podnosi samo posmično naprezanje bez očite vlačne deformacije. Podaci o masovnoj proizvodnji pokazuju da se u kombinaciji s poliranim kalupima i mazivima za žigosanje na bazi vode, stopa neispravnih proizvoda može kontrolirati ispod 1,2%, u skladu s industrijskim standardima kvalitete. U međuvremenu, visoka tvrdoća H18 temperamenta osigurava da se otisnuti dijelovi neće odbiti i deformirati nakon oblikovanja, rješavajući problem dimenzijske nestabilnosti meko kaljenih aluminijskih izradaka.

3.2 Neprimjenjivi scenariji utiskivanja velikih deformacija

Ne preporučuju se svi postupci utiskivanja koji zahtijevaju vlačnu plastičnu deformaciju, uključujući duboko izvlačenje, prirubljivanje pod više kutova, sferno profiliranje i savijanje uskog radijusa (radijus savijanja <2 puta debljina trake). U testovima dubokog izvlačenja aluminijskih traka obloženih bojom 3003 H18 s dubinom izvlačenja od 8 mm, 92% izradaka pretrpjelo je istovremeno lomljenje supstrata i ljuštenje velike površine premaza na kutu matrice. Glavni uzrok je dvostruki kvar: vlačna deformacija podloge premašuje granicu istezanja, a duktilnost premaza ne može koordinirati deformaciju matrice. Nadalje, ponovljeno sekundarno žigosanje strogo je zabranjeno. Preostalo naprezanje nakon prvog utiskivanja dodatno će smanjiti duktilnost podloge, što dovodi do spontanog pucanja unutar 72 sata nakon obrade.

4. Optimizacija procesa za kvalificiranu proizvodnju žigosanja

Za poduzeća koja moraju usvojiti aluminij obložen bojom H18 za žigosanje niske deformacije, četiri ciljane prilagodbe mogu ublažiti rizike kvalitete. Prvo ispolirajte šupljine kalupa do Ra≤0,2 μm i provedite DLC tretman karbonskim premazom nalik dijamantu kako biste uklonili grebanje i prianjanje premaza. Drugo, koristite lubrikante niske viskoznosti na bazi vode umjesto uljnih lubrikanata. Uljana maziva uzrokovat će promjenu boje premaza i gubitak prianjanja pri visokim temperaturama utiskivanja. Treće, kontrolirajte brzinu štancanja ispod 15 udaraca u minuti. Utiskivanje velikom brzinom generira trenutni udarni stres i izaziva pucanje rubova. Četvrto, izrežite rezervirane zareze za smanjenje napetosti na rubovima trake prije utiskivanja kako biste oslobodili zaostalo naprezanje pri hladnom valjanju i spriječili kidanje rubova.

5. Zaključak i prijedlozi za odabir materijala

Ukratko, aluminijske trake visoke tvrdoće H18 obložene bojom nisu univerzalno prikladne za žigosanje. Oni su preferirani materijal za dijelove za utiskivanje niske deformacije visoke krutosti bez zahtjeva za složenim oblikom, zahvaljujući izvrsnim performansama protiv odskoka i netaknutom površinskom premazu. Međutim, nije prikladan za bilo koji postupak utiskivanja srednje i velike plastične deformacije. Za složene izratke za utiskivanje, proizvođači bi trebali zamijeniti materijale s H14 ili H16 kaljenim bojama obloženim aluminijskim trakama, koje uravnotežuju tvrdoću i rastegljivost. Za dijelove za dugotrajnu upotrebu na otvorenom koji zahtijevaju i izdržljivost površine i izvedbu oblikovanja, modeli od legure kao što je aluminij obložen bojom 3005 H16 su isplativije alternative.