Ar didelio kietumo H18 spalvota aliuminio juostelė tinka štampavimui?

Abstraktus

Dėl puikaus paviršiaus atsparumo oro sąlygoms, atsparumo įbrėžimams ir konstrukcinio tvirtumo didelio kietumo H18 spalvomis padengtos aliuminio juostelės plačiai naudojamos išorės apdailos, akumuliatorių priedų, elektroninių ekranų ir pakavimo pramonėje. Tačiau pramonės gamintojai nuolat susiduria su painiava dėl jo štampavimo pritaikomumo. Šiame straipsnyje analizuojamos H18 grūdinto aliuminio pagrindo vidinės mechaninės savybės, organinių spalvotų dengimo plėvelių struktūriniai defektai ir faktiniai štampavimo gedimų atvejai. Jame daroma išvada, kad H18 spalva dengtos aliuminio juostos yra tinkamos tik mažos deformacijos štampavimui ir negiliai lenkiamam štampavimui ir visiškai nesuderinamos su giluminiu tempimu, flanšais ir sudėtingu profiliavimo štampavimu. Taip pat siūlomos atitinkamos tikslinės štampavimo proceso tobulinimo priemonės, siekiant sumažinti dangos lupimo ir pagrindo įtrūkimo riziką.

1. Pagrindinės H18 temperatūros ir substrato mechaninių savybių apibrėžimas

Pagal aliuminio lydinio grūdinimo standartą, kurį suformulavo Aliuminio asociacija, H18 yra visiškai grūdintas grūdinimas be tarpinio atkaitinimo. Skirtingai nuo H12, H14 ir H16 dalinio kietumo, H18 aliuminio juostelės įgyja itin aukštą kietumą vienkartinio šaltojo valcavimo būdu, o apdirbimo deformacijos greitis viršija 75 %, o ne vėliau termiškai apdorojant, kad būtų atkurtas elastingumas. Įprastų 1000 serijos gryno aliuminio ir 3003 aliuminio-mangano lydinio pagrindų, naudojamų spalvotam padengimui, mechaniniai parametrai rodo akivaizdžius plastiko formavimo apribojimus: 1060 H18 aliuminio pailgėjimas lūžimo metu yra tik 1–3%, o 3003 H18 aliuminis siekia tik 4–5%. Priešingai, įprastinio štampavimo pageidaujamo H14 aliuminio pailgėjimas yra didesnis nei 12%.

Kitas svarbus apribojimas yra didelis liekamasis tempimas H18 substratų viduje. Dėl stipraus grotelių dislokacijos kaupimosi šalto valcavimo metu medžiaga linkusi į įtempių koncentraciją veikiant išorinei šlyties ir tempimo jėgai. Kai vietinė deformacija viršija 5%, pirmiausia juostelės krašte atsiras mikro įtrūkimai, o po to per milisekundes išsiplės per visą pagrindą. Šis būdingas trapumas yra pagrindinis barjeras, ribojantis didelės deformacijos štampavimą, nepriklausomai nuo paviršiaus spalvos dangos sluoksnio.

2. Papildoma antspaudavimo rizika, kurią sukelia spalvotos dangos struktūros

Palyginti su plikomis H18 aliuminio juostelėmis, spalvoti padengti gaminiai suteikia trijų sluoksnių kompozicinę struktūrą, įskaitant cheminės konversijos plėvelę, pagrindinę dangą ir viršutinę oro sąlygoms atsparią dangą iš abiejų pusių. Bendras dangos storis svyruoja nuo 18 μm iki 35 μm, o tai kelia du unikalius štampavimo gedimo pavojus, kurių neegzistuoja plikas aliuminis.

Pirma, padengimas darniu pilingu. Pramoninėms aliuminio juostoms naudojamos organinės poliesterio ir fluoro anglies dangos turi daug mažesnį pailgėjimą (mažiau nei 2%) nei aliuminio substratai. Atliekant štampavimo lenkimą, paviršiaus danga negali sekti mažytės plastikinės aliuminio matricos deformacijos, dėl kurios lenkimo metu susidaro skersiniai įtrūkimai ir lupimasis. Netgi negiliai štampuojant, kai deformacija mažesnė nei 3%, ant dangos paviršiaus atsiras matomi mikro įtrūkimai, kurie sumažins gatavų gaminių atsparumą oro sąlygoms ir atsparumą korozijai bei sukels ankstyvą rūdijimą lauko paslaugų scenarijuose.

Antra, pelėsių sukibimas ir paviršiaus įbrėžimai. Lygiai sukietėjusios spalvos danga turi mažą paviršiaus trinties koeficientą. Aukšto slėgio štampavimo metu tarp dangos paviršiaus ir plieninių formų atsiranda vietinis vakuuminis sukibimas. Nuolat maitinant ant dangos atsiras negrįžtamų įbrėžimų, kurių negalima pataisyti vėliau apdorojant. Masinėje gamyboje šis defektas gali padidinti defektų skaičių daugiau nei 18%, neapdorojus pelėsių paviršiaus.

3. Klasifikacinis sprendimas dėl štampavimo pritaikymo

3.1 Taikomi mažos deformacijos štampavimo scenarijai

H18 spalvomis dengtos aliuminio juostelės yra visiškai tinkamos išlyginimui, pradūrimui, tiesiam negiliam lenkimui, kai lenkimo spindulys yra ≥ 3 kartus juostos storis, ir plokščiam apipjaustymui, kai deformacija mažesnė nei 3%. Įprasti panaudojimo atvejai apima elektroninių tarpiklių užtaisymą, plokščių reklaminių skydelių apipjaustymą ir stačiakampio baterijos dangtelio lenkimą vienu kampu. Šiuose procesuose medžiaga patiria tik šlyties įtempį be akivaizdžių tempimo deformacijų. Masinės gamybos duomenys rodo, kad suderinus su poliruotomis formomis ir vandens pagrindo štampavimo lubrikantais, gatavo produkto defektų lygis gali būti mažesnis nei 1,2%, atitinkantis pramonės kokybės standartus. Tuo tarpu didelis H18 grūdinimo kietumas užtikrina, kad štampuotos dalys po formavimo neatsimuš ir nesideformuos, o tai išsprendžia minkšto temperatūrinio aliuminio ruošinių matmenų nestabilumo problemą.

3.2 Netinkami didelės deformacijos štampavimo scenarijai

Nerekomenduojami visi štampavimo procesai, kuriems reikalinga tempiama plastinė deformacija, įskaitant giluminį tempimą, daugiakampį flanšų formavimą, sferinį profiliavimą ir siauro spindulio lenkimą (lenkimo spindulys < 2 kartus didesnis už juostos storį). Atliekant 3003 H18 spalvomis dengtų aliuminio juostų, kurių tempimo gylis 8 mm, giluminio tempimo bandymus 92 % ruošinių nukentėjo nuo pagrindo lūžimo ir didelio ploto dangos nulupimo ties štampo filė. Pagrindinė priežastis yra dvigubas gedimas: pagrindo tempimo deformacija viršija pailgėjimo ribą, o dangos plastiškumas negali koordinuoti matricos deformacijos. Be to, pakartotinis antrinis štampavimas griežtai draudžiamas. Po pirmojo štampavimo susikaupęs liekamasis įtempis dar labiau sumažins pagrindo plastiškumą, o tai sukels savaiminį įtrūkimą per 72 valandas po apdorojimo.

4. Proceso optimizavimas kvalifikuotai štampavimo gamybai

Įmonėms, kurios turi naudoti H18 spalva dengtą aliuminį mažos deformacijos štampavimui, keturi tiksliniai koregavimai gali sumažinti kokybės riziką. Pirmiausia nupoliruokite formos ertmes iki Ra≤0,2 μm ir atlikite DLC deimantų pavidalo anglies dangos apdorojimą, kad išvengtumėte dangos įbrėžimų ir sukibimo. Antra, vietoj aliejinių lubrikantų naudokite mažo klampumo vandens pagrindo lubrikantus. Aliejiniai tepalai, esant aukštai štampavimo temperatūrai, pakeis dangos spalvą ir sukels sukibimą. Trečia, kontroliuokite štampavimo greitį, mažesnį nei 15 smūgių per minutę. Didelės spartos štampavimas sukels momentinį smūgio įtempį ir sukels briaunų įtrūkimus. Ketvirta, prieš štampavimą iškirpkite rezervuotas įtempių mažinimo įpjovas juostelės kraštuose, kad pašalintumėte šalto valcavimo liekamąjį įtempį ir išvengtumėte briaunų plyšimo.

5. Išvada ir medžiagos parinkimo pasiūlymai

Apibendrinant galima teigti, kad didelio kietumo H18 spalva dengtos aliuminio juostelės nėra universalios štampavimui. Dėl puikaus atsparumo atšokimui ir nepažeistos paviršiaus dangos jie yra tinkamiausia medžiaga mažai deformuojančioms, labai tvirtoms štampavimo dalims, kurioms nereikia sudėtingų formos reikalavimų. Tačiau jis netinka jokiems vidutiniams ir dideliems plastinių deformacijų štampavimo procesams. Sudėtingų štampavimo ruošinių gamintojai turėtų pakeisti medžiagas H14 arba H16 grūdinta spalva dengtomis aliuminio juostelėmis, kurios subalansuoja kietumą ir lankstumą. Ilgalaikio eksploatavimo lauke dalims, kurioms reikalingas ir paviršiaus ilgaamžiškumas, ir formavimo charakteristikos, lydinio modeliai, tokie kaip 3005 H16 spalvotu aliuminiu padengtas aliuminis, yra ekonomiškesnė alternatyva.