Kāpēc dažas 6061 alumīnija plāksnes deformējas pēc apstrādes?

Abstrakts

6061 alumīnija sakausējums ir viens no rūpnieciskajā ražošanā visplašāk izmantotajiem alumīnija strukturālajiem materiāliem, kam ir lieliska apstrādājamība, mērena izturība, laba izturība pret koroziju un izcila formējamība. To plaši izmanto CNC apstrādē, mehānisko iekārtu daļās, automobiļu piederumos un arhitektūras profilos. Tomēr deformācijas deformācija parasti rodas pēc 6061 alumīnija plākšņu apstrādes, īpaši plānās plāksnēs, liela laukuma apstrādes un vienpusēja materiāla noņemšanas scenārijos. Šis defekts nopietni ietekmē gatavās produkcijas izmēru precizitāti, līdzenumu un montāžas veiktspēju, kā arī palielina lūžņu daudzumu un ražošanas izmaksas. Šajā rakstā sistemātiski analizēti 6061 alumīnija plākšņu deformācijas galvenie cēloņi, ko izraisa materiāla raksturlielumi, apstrādes procesa faktori un ārējās darbības kļūdas, kā arī ierosināti mērķtiecīgi profilakses un kontroles pasākumi, lai sniegtu praktiskus norādījumus precīzas apstrādes ražošanai.

1. Ievads

6061-T6 un 6061-T651 ir 6061 alumīnija plākšņu galvenie temperatūras stāvokļi rūpnieciskajā ražošanā. Ar velmēšanas, ekstrūzijas, rūdīšanas un novecošanas termisko apstrādi sakausējums iegūst stabilas mehāniskās īpašības, lai atbilstu konstrukcijas daļu prasībām. Sākotnējā stāvoklī alumīnija plāksnes iekšējais spriegums saglabā relatīvu līdzsvaru, tāpēc plāksnes virsma paliek plakana bez acīmredzamas deformācijas. Neskatoties uz to, sākotnējais sprieguma līdzsvars neizbēgami tiek izjaukts griešanas, frēzēšanas, urbšanas un citu apstrādes procesu laikā. Iekšējā sprieguma pārdale un atbrīvošanās novedīs pie plāksnes lieces, sagriešanās un lokālas izliekšanās, proti, apstrādes deformācijas.

Faktiskajā ražošanā daudzi ražotāji saskaras ar nekonsekventām 6061 alumīnija plākšņu deformācijas problēmām: vienas partijas plāksnes pēc apstrādes var būt plakanas vai tām ir acīmredzama deformācija. Šo parādību neizraisa viena faktora kļūda, bet gan materiāla raksturīgā sprieguma superpozīcija, nepamatoti procesa parametri un nestandarta darbība. Būtisko deformācijas cēloņu izpēte ir atslēga, lai uzlabotu 6061 alumīnija detaļu apstrādes efektivitāti.

2. Materiālajam raksturīgs atlikušais stress (galvenais iemesls)

Atlikušais spriegums 6061 alumīnija plākšņu iekšpusē ir galvenais iemesls pēcapstrādes deformācijai, kas veidojas plākšņu ražošanas un termiskās apstrādes procesā, nevis rodas pēc apstrādes.

Stress, ko rada velmēšana un ekstrūzija

6061 alumīnija plāksnes tiek ražotas, izmantojot karstās velmēšanas, aukstās velmēšanas un ekstrūzijas procesus. Plastmasas deformācijas laikā iekšējie metāla graudi rada nevienmērīgu ekstrūzijas un stiepšanās procesu, un daļa deformācijas enerģijas tiek ieslodzīta materiāla iekšpusē, veidojot mehānisko atlikušo spriegumu. Pēc plāksnes izveidošanas šis spriegums iekšēji pastāv līdzsvarotā stāvoklī, tāpēc plāksnes makroskopiskā forma paliek stabila. Kad plātnes integrētā struktūra tiek iznīcināta apstrādes rezultātā, līdzsvarotais sprieguma lauks sabrūk, un atlikušais spriegums tiek brīvi atbrīvots, liekot plāksnei deformēties un deformēties.

Termiskās apstrādes radītā stresa dzēšana un novecošanās

Lielākā daļa rūpniecisko 6061 alumīnija plākšņu izmanto T6 temperatūras apstrādi, kas ietver augstas temperatūras šķīduma apstrādi un ātru ūdens dzēšanu. Ātrās dzēšanas laikā alumīnija plāksnes virsma un iekšējais slānis atdziest nevienmērīgi: virsma atdziest un strauji saraujas, savukārt iekšējā temperatūra lēnām pazeminās un rodas kontrakcijas aizkavēšanās. Tas veido stabilu sprieguma sadalījumu ar virsmas saspiešanu un iekšējo spriegumu. Lai gan turpmākā novecošanas apstrāde var stabilizēt daļu no stresa, tā nevar pilnībā novērst atlikušo stresu.

Turpretim 6061-T651 plāksnēm pēc velmēšanas tiek veikta profesionāla spriedzes mazināšanas stiepšanās apstrāde ar mazāku atlikušo spriegumu un stabilāku veiktspēju. Tas izskaidro, kāpēc parastās T6 alumīnija plāksnes tādos pašos apstrādes apstākļos ir vairāk pakļautas deformācijai nekā T651 plāksnēm.

3. Apstrādes procesa izraisīts stress (tieša pamudināšana)

Pamatojoties uz raksturīgo atlikušo spriegumu, nepamatoti apstrādes procesi vēl vairāk saasinās sprieguma nelīdzsvarotību, tieši izraisot un pastiprinot plākšņu deformāciju. Tas ir galvenais iemesls nekonsekventai plākšņu deformācijai vienā partijā.

Asimetriska un nevienmērīga materiāla noņemšana

Nevienmērīga materiāla noņemšana ir visizplatītākais deformācijas cēlonis. Faktiskajā apstrādē daudzi strādnieki izmanto vienpusēju, vienreizēju smagu griešanu, lai nodrošinātu efektivitāti, kā rezultātā materiāls tiek noņemts no alumīnija plāksnes augšējās un apakšējās virsmas asimetrisks. Ja no vienas puses tiek noņemts liels materiāla daudzums, sprieguma ierobežojums šajā pusē pilnībā izzūd, bet otras puses spriegums joprojām tiek saglabāts. Nesabalansētais iekšējais spēks velk plāksni saliekties pret apstrādāto pusi, veidojot acīmredzamu priekšgala deformāciju.

Šī problēma ir īpaši izteikta plānām plāksnēm (biezums ≤ 5 mm) un liela laukuma dobuma apstrādei. Jo plānāka ir plāksne, jo vājāka ir struktūras stingrība un jo jutīgāka tā ir pret spriedzes nelīdzsvarotību, tādējādi palielinot deformācijas iespējamību.

Pārmērīgs un nepareizs iespīlēšanas spēks

Stiprinājuma iespīlēšana ir būtiska, lai nostiprinātu sagatavi un nodrošinātu apstrādes precizitāti, bet pārmērīgs savilkšanas spēks izraisīs slēptu 6061 alumīnija plākšņu deformāciju. Alumīnija sakausējumam ir zema cietība un laba elastība. Pārāk pievilktas skavas izspiedīs plāksni, lai apstrādes laikā radītu elastīgu vai plastisku deformāciju. Šajā laikā plāksne tiek fiksēta deformētā stāvoklī ar ārēju spēku, un virsma izskatās plakana.

Pēc apstrādes pabeigšanas un iespīlēšanas spēka atlaišanas plāksne iekšējā elastīgā sprieguma ietekmē atsitiena, izraisot deformāciju un deformāciju. Turklāt nevienmērīgi iespīlēšanas punkti un nekonsekvents spēks visās plāksnes pusēs izraisīs arī lokālu sprieguma koncentrāciju un neregulāru sagataves deformāciju.

Termiskā sprieguma uzkrāšanās mehāniskā apstrāde

Liels griešanas siltums tiks radīts 6061 alumīnija plākšņu ātrgaitas apstrādes laikā. Alumīnija sakausējumam ir augsta siltumvadītspēja, un tas ātri izplešas sildot. Ja griešanas ātrums ir pārāk liels, padeves ātrums ir nepamatots vai dzesēšanas pasākums ir nepietiekams, uz plāksnes lokāli uzkrājas liels siltuma daudzums.

Apstrādātās virsmas lokālā termiskā izplešanās neatbilst neapstrādātās daļas termiskajai deformācijai, veidojot termisko spriegumu. Pēc apstrādes sagatave dabiski atdziest, un katras daļas nevienmērīgā saraušanās dēļ plāksne rada neatgriezenisku deformāciju. Lai gan termiskais spriegums nav galvenais deformācijas cēlonis, tas būtiski pastiprinās deformācijas pakāpi, pamatojoties uz atlikušo spriegumu.

4. Citi papildu ietekmējošie faktori

Nepamatota apstrādes secība

Vienreizēja vienas virsmas raupjēšana un apdare ir tipiska nepareiza darbība. Pareizam procesam jāievēro simetriskas apstrādes un slāņveida griešanas princips. Ilgstoša vienpusēja apstrāde nepārtraukti uzkrās sprieguma starpību, savukārt periodiska un simetriska apstrāde var līdzsvarot plāksnes augšējās un apakšējās virsmas spriedzes atbrīvošanas ātrumu un efektīvi samazināt deformāciju.

Izejvielu kvalitātes atšķirība

6061 alumīnija plākšņu kvalitāte no dažādiem ražotājiem un dažādām partijām ir ļoti atšķirīga. Plāksnēm ar nepietiekamu velmēšanas procesu, nekvalificētu termisko apstrādi un nevienmērīgu graudu sadalījumu ir lielāks un nestabilāks atlikušais spriegums. Pat ar standartizētiem apstrādes procesiem šādas plāksnes pēc apstrādes joprojām ir pakļautas deformācijai. Turklāt ilgstoši uzglabātas plāksnes radīs dabisku sprieguma novecošanos un nelielu deformāciju, kas ietekmēs arī galīgo apstrādes līdzenumu.

5. Efektīvi profilakses un kontroles pasākumi

Izvēlieties augstas stabilitātes izejvielas

Precīzas apstrādes detaļām ar augstām līdzenuma prasībām prioritāte jāpiešķir 6061-T651 alumīnija plāksnēm ar sprieguma samazināšanas apstrādi, kas var būtiski samazināt pamatnes atlikušo spriegumu un ievērojami samazināt deformācijas risku. Tajā pašā laikā pārbaudiet ienākošo materiālu līdzenumu un virsmas kvalitāti, lai izvairītos no nekvalificētu plākšņu izmantošanas ar sākotnējo deformāciju.

Optimizējiet apstrādes tehnoloģiju

Izmantojiet simetrisku abpusēju slāņveida griešanu, nevis vienpusēju, vienreizēju smagu griešanu. Alternatīva apstrāde uz augšējās un apakšējās virsmas nodrošina vienmērīgu materiāla noņemšanu un sinhronu sprieguma atbrīvošanu abās plāksnes pusēs, lai saglabātu sprieguma līdzsvaru. Liela laukuma dobuma daļām samaziniet vienu griešanas dziļumu un palieliniet griešanas laiku, lai izvairītos no tūlītējas krasas vietējās spriedzes atbrīvošanās.

Standartizējiet iespīlēšanas un dzesēšanas darbību

Izmantojiet vienotu un atbilstošu iespīlēšanas spēku, izvairieties no pārmērīgas saspiešanas un izmantojiet vairāku punktu vienotu iespīlēšanu, lai izkliedētu sprieguma koncentrāciju. Saskaņojiet ar efektīviem dzesēšanas pasākumiem, piemēram, dzesēšanas šķidruma applūšanu vai augstspiediena gaisa strūklu, lai savlaicīgi noņemtu griešanas siltumu, samazinātu lokālo termiskā stresa uzkrāšanos un izvairītos no sagataves termiskās deformācijas.

Pievienojiet pirmsapstrādes spriedzes mazināšanas procesu

Biezām plāksnēm un liela izmēra precīzām detaļām pirms apstrādes var veikt priekšapstrādes procesus, piemēram, dabisko novecošanu vai mākslīgo spriedzes mazināšanas atlaidināšanu, lai atbrīvotu lielāko daļu izejmateriāla nestabilā atlikušā sprieguma, nodrošinot stabilu izmēru un plakanumu pēc apstrādes.

6. Secinājums

6061 alumīnija plākšņu pēcapstrādes deformācijas ir visaptveroša deformācijas problēma, ko izraisa materiāla raksturīgā atlikušā sprieguma, apstrādes procesa sprieguma un nestandarta darbības superpozīcija. Atlikušais spriegums, kas veidojas plāksnes velmēšanas un termiskās apstrādes procesā, ir deformācijas galvenais cēlonis, savukārt asimetriskā materiāla noņemšana, nepareiza iespīlēšana un termiskā sprieguma uzkrāšanās ir tiešie makroskopiskās deformācijas stimuli.

Lai principiāli atrisinātu deformācijas problēmu, jāsāk ar izejmateriālu izvēli, procesa optimizāciju un standartizētu darbību. Augstas stabilitātes T651 plākšņu pieņemšana, simetriska slāņu apstrāde, saprātīga iespīlēšana un efektīva dzesēšana var efektīvi kontrolēt sprieguma nelīdzsvarotību un ievērojami uzlabot apstrādes līdzenumu un 6061 alumīnija detaļu ražīgumu. Šis pētījums sniedz skaidru teorētisko bāzi un praktisku risinājumu 6061 alumīnija sakausējuma konstrukciju detaļu precīzai apstrādei.