Kodėl kai kurios 6061 aliuminio plokštės po apdorojimo deformuojasi?

Anotacija

6061 aliuminio lydinys yra viena iš plačiausiai pramoninėje gamyboje naudojamų konstrukcinių aliuminio medžiagų, pasižyminčių puikiu apdirbimu, vidutinio stiprumo, geru atsparumu korozijai ir puikiu formavimu. Jis plačiai taikomas CNC apdirbimui, mechaninės įrangos dalyse, automobilių prieduose ir architektūriniuose profiliuose. Tačiau po 6061 aliuminio plokščių apdirbimo, ypač plonų plokščių, didelio ploto apdirbimo ir vienpusės medžiagos pašalinimo scenarijų, dažniausiai atsiranda deformacijos deformacijos. Šis defektas labai paveikia gatavų gaminių matmenų tikslumą, plokštumą ir surinkimo efektyvumą bei padidina atliekų kiekį ir gamybos sąnaudas. Šiame darbe sistemingai analizuojamos pagrindinės 6061 aliuminio plokščių deformacijos priežastys, atsirandančios dėl medžiagų charakteristikų, apdirbimo proceso veiksnių ir išorinių eksploatavimo klaidų, ir siūlomos tikslinės prevencijos ir kontrolės priemonės, siekiant pateikti praktines gaires dėl tikslaus apdirbimo.

1. Įvadas

6061-T6 ir 6061-T651 yra pagrindinės 6061 aliuminio plokščių temperatūros sąlygos pramoninėje gamyboje. Dėl valcavimo, ekstruzijos, grūdinimo ir senėjimo terminio apdorojimo lydinys įgyja stabilias mechanines savybes, kad atitiktų konstrukcinių dalių reikalavimus. Pradinėje būsenoje aliuminio plokštės vidinis įtempis palaiko santykinę pusiausvyrą, todėl plokštės paviršius išlieka plokščias be akivaizdžių deformacijų. Nepaisant to, pirminis įtempių balansas neišvengiamai pažeidžiamas pjovimo, frezavimo, gręžimo ir kitų apdirbimo procesų metu. Vidinio įtempio perskirstymas ir atleidimas sukels plokštės lenkimą, sukimąsi ir vietinį išsipūtimą, ty apdirbant deformaciją.

Gamyboje daugelis gamintojų susiduria su nenuosekliomis 6061 aliuminio plokščių deformacijos problemomis: tos pačios partijos plokštės po apdorojimo gali būti plokščios arba turėti akivaizdžią deformaciją. Šį reiškinį sukelia ne vieno veiksnio klaida, o būdingų medžiagų įtempių superpozicija, nepagrįsti proceso parametrai ir nestandartinis veikimas. Norint pagerinti 6061 aliuminio dalių apdirbimo išeigą, būtina ištirti pagrindines deformacijos priežastis.

2. Būdingas materialinis liekamasis stresas (pirminė priežastis)

Likutinis įtempis 6061 aliuminio plokščių viduje yra pagrindinė poapdirbimo deformacijos priežastis, kuri susidaro plokščių gamybos ir terminio apdorojimo procese, o ne vėliau apdirbant.

Stresas, kurį sukelia valcavimas ir išspaudimas

6061 aliuminio plokštės gaminamos karšto valcavimo, šalto valcavimo ir ekstruzijos būdu. Plastinės deformacijos metu vidiniai metalo grūdeliai netolygiai išspaudžia ir tempiasi, o dalis įtempimo energijos sulaikoma medžiagos viduje, kad susidarytų mechaninis liekamasis įtempis. Suformavus plokštelę, šis įtempis viduje yra subalansuotas, todėl plokštės makroskopinė forma išlieka stabili. Kai apdirbant sunaikinama integruota plokštės struktūra, subalansuotas įtempių laukas žlunga, o liekamasis įtempis laisvai pašalinamas, todėl plokštė deformuojasi ir deformuojasi.

Šilumos apdorojimo streso gesinimas ir senėjimas

Daugumoje pramoninių 6061 aliuminio plokščių taikomas T6 temperatūros apdorojimas, kuris apima apdorojimą aukštoje temperatūroje ir greitą vandens gesinimą. Greito gesinimo metu aliuminio plokštės paviršius ir vidinis sluoksnis vėsta netolygiai: paviršius vėsta ir greitai susitraukia, o vidinė temperatūra krenta lėtai ir atsiranda susitraukimo delsa. Tai sudaro stabilų įtempių pasiskirstymą su paviršiaus suspaudimu ir vidine įtampa. Nors vėlesnis senėjimo gydymas gali stabilizuoti dalį streso, jis negali visiškai pašalinti liekamojo streso.

Priešingai, 6061-T651 plokštėms po valcavimo taikomas profesionalus įtempimo mažinimo tempimas, sumažinamas liekamasis įtempis ir stabilesnis veikimas. Tai paaiškina, kodėl paprastos T6 aliuminio plokštės yra labiau linkusios deformuotis nei T651 plokštės tomis pačiomis apdirbimo sąlygomis.

3. Apdirbimo proceso sukeltas stresas (tiesioginis paskatinimas)

Dėl būdingo likutinio įtempimo nepagrįsti apdirbimo procesai dar labiau padidins įtempių disbalansą, tiesiogiai sukeldami ir padidindami plokščių deformaciją. Tai yra pagrindinė nenuoseklaus tos pačios partijos plokščių deformacijos priežastis.

Asimetriškas ir netolygus medžiagos pašalinimas

Netolygus medžiagos pašalinimas yra dažniausia deformacijos priežastis. Faktiškai apdirbdami, daugelis darbuotojų naudoja vienpusį vienkartinį sunkų pjovimą, kad būtų efektyvus, todėl medžiaga pašalinama asimetriškai nuo viršutinio ir apatinio aliuminio plokštės paviršių. Kai iš vienos pusės pašalinamas didelis medžiagos kiekis, šios pusės įtempis visiškai išnyksta, o kitos pusės įtempis išlieka. Nesubalansuota vidinė jėga trauks plokštę, kad ji pasilenktų į apdirbtą pusę, sudarydama akivaizdžią lanko deformaciją.

Ši problema ypač aktuali plonoms plokštėms (storis ≤ 5 mm) ir didelio ploto tuščiavidurio apdirbimo metu. Kuo plonesnė plokštė, tuo silpnesnis konstrukcinis tvirtumas ir tuo ji jautresnė įtempių disbalansui, todėl didesnė deformacijų tikimybė.

Per didelė ir netinkama suspaudimo jėga

Tvirtinimo tvirtinimas yra būtinas norint pritvirtinti ruošinį ir užtikrinti apdirbimo tikslumą, tačiau per didelė suspaudimo jėga sukels paslėptą 6061 aliuminio plokščių deformaciją. Aliuminio lydinys turi mažą kietumą ir gerą lankstumą. Pernelyg priveržus spaustukus, plokštę suspaus, kad apdirbimo metu susidarytų elastinė arba plastinė deformacija. Šiuo metu plokštė yra deformuota išorine jėga, o paviršius atrodo lygus.

Baigus apdirbimą ir atleidus suspaudimo jėgą, veikiant vidiniam elastiniam įtempimui, plokštė atšoka, todėl atsiranda deformacijų ir iškraipymų. Be to, netolygūs suspaudimo taškai ir nenuosekli jėga visose plokštės pusėse taip pat sukels vietinę įtempių koncentraciją ir netaisyklingą ruošinio deformaciją.

Apdirbimo terminio įtempio kaupimasis

Didelis pjovimo karštis bus sukurtas dideliu greičiu apdirbant 6061 aliuminio plokštes. Aliuminio lydinys pasižymi dideliu šilumos laidumu ir greitai plečiasi kaitinant. Jei pjovimo greitis yra per didelis, padavimo greitis yra nepagrįstas arba aušinimo priemonė yra nepakankama, ant plokštelės lokaliai susikaups didelis šilumos kiekis.

Vietinis apdirbto paviršiaus šiluminis plėtimasis nesuderinamas su neapdorotos dalies termine deformacija, todėl susidaro šiluminis įtempis. Po apdirbimo ruošinys natūraliai atšąla, o dėl netolygaus kiekvienos dalies susitraukimo plokštė sukelia negrįžtamą deformaciją. Nors šiluminis įtempis nėra pagrindinė deformacijos priežastis, ji žymiai padidins deformacijos laipsnį, remiantis liekamuoju įtempimu.

4. Kiti pagalbiniai įtaką darantys veiksniai

Neprotinga apdirbimo seka

Vienkartinis grublėtumas ir vieno paviršiaus apdaila yra tipiška neteisinga operacija. Teisingas procesas turi atitikti simetriško apdorojimo ir sluoksninio pjovimo principą. Ilgalaikis vienpusis apdorojimas nuolat kaups įtempių skirtumą, o pertraukiamas ir simetriškas apdorojimas gali subalansuoti viršutinio ir apatinio plokštės paviršių įtempių išsiskyrimo greitį ir veiksmingai sumažinti deformaciją.

Žaliavų kokybės skirtumas

Įvairių gamintojų ir skirtingų partijų 6061 aliuminio plokščių kokybė labai skiriasi. Plokštės su nepakankamu valcavimo procesu, nekvalifikuotu terminiu apdorojimu ir netolygiu grūdų pasiskirstymu turi didesnį ir nestabilesnį liekamąjį įtempį. Net ir taikant standartizuotus apdirbimo procesus, tokios plokštės po apdorojimo vis tiek gali deformuotis. Be to, ilgai laikomos plokštės sukels natūralų įtempių senėjimą ir nedidelę deformaciją, kuri taip pat turės įtakos galutiniam apdirbimo lygumui.

5. Veiksmingos prevencijos ir kontrolės priemonės

Pasirinkite didelio stabilumo žaliavas

Tiksliai apdirbamoms dalims, kurioms keliami aukšti lygumo reikalavimai, pirmenybė turėtų būti teikiama 6061-T651 aliuminio plokštėms su įtempių mažinimo apdorojimu, kuris gali iš esmės sumažinti liekamąjį pagrindo įtempį ir labai sumažinti deformacijos riziką. Tuo pačiu metu patikrinkite gaunamų medžiagų lygumą ir paviršiaus kokybę, kad išvengtumėte nekvalifikuotų plokščių su pradine deformacija.

Optimizuokite apdirbimo technologiją

Naudokite simetrišką dvipusį sluoksniuotą pjovimą, o ne vienpusį vienkartinį sunkų pjovimą. Pakaitinis viršutinio ir apatinio paviršių apdirbimas užtikrina vienodą medžiagos pašalinimą ir sinchroninį įtempių pašalinimą abiejose plokštės pusėse, kad būtų išlaikytas įtempių balansas. Didelio ploto tuščiavidurių dalių atveju sumažinkite vieno pjovimo gylį ir padidinkite pjovimo laiką, kad išvengtumėte momentinio drastiško vietinio įtempio išsiskyrimo.

Standartizuokite suspaudimo ir aušinimo operacijas

Naudokite vienodą ir tinkamą suspaudimo jėgą, venkite per didelio suspaudimo ir naudokite vienodą kelių taškų suspaudimą, kad išsklaidytumėte įtempių koncentraciją. Derinkite su efektyviomis aušinimo priemonėmis, tokiomis kaip aušinimo skysčio užliejimas arba aukšto slėgio oro srautas, kad laiku pašalintumėte pjovimo šilumą, sumažintumėte vietinį šiluminio įtempio kaupimąsi ir išvengtumėte ruošinio šiluminės deformacijos.

Pridėkite įtempių mažinimo procesą prieš apdirbimą

Storoms plokštėms ir didelio dydžio tikslioms dalims prieš apdirbant galima atlikti išankstinio apdorojimo procesus, tokius kaip natūralus senėjimas arba dirbtinis įtempių mažinimo atkaitinimas, kad būtų pašalinta didžioji dalis nestabilaus liekamojo žaliavos įtempio, užtikrinant stabilų dydį ir lygumą po apdirbimo.

6. Išvada

6061 aliuminio plokščių deformacija po apdirbimo yra visapusiška deformacijos problema, kurią sukelia būdingų medžiagų liekamųjų įtempių, apdirbimo proceso įtempių ir nestandartinės operacijos superpozicija. Liekamoji įtampa, susidaranti valcuojant ir termiškai apdorojant plokštę, yra pagrindinė deformacijos priežastis, o asimetrinis medžiagos pašalinimas, netinkamas suspaudimas ir šiluminio įtempio kaupimasis yra tiesioginės makroskopinės deformacijos skatinimo priežastys.

Norint iš esmės išspręsti deformacijos problemą, reikia pradėti nuo žaliavų parinkimo, proceso optimizavimo ir standartizuoto veikimo. Taikant didelio stabilumo T651 plokštes, simetrišką sluoksniuotą apdirbimą, pagrįstą suspaudimą ir efektyvų aušinimą galima veiksmingai kontroliuoti įtempių disbalansą ir žymiai pagerinti apdirbimo plokštumą bei 6061 aliuminio dalių išeigą. Šis tyrimas suteikia aiškų teorinį pagrindą ir praktinį sprendimą, kaip tiksliai apdirbti 6061 aliuminio lydinio konstrukcines dalis.