Czy taśma aluminiowa powlekana kolorem H18 o wysokiej twardości nadaje się do obróbki tłoczenia?

Abstrakcyjny

Taśmy aluminiowe pokryte farbą H18 o wysokiej twardości są szeroko stosowane w dekoracjach zewnętrznych, akcesoriach do akumulatorów, ekranach elektronicznych i przemyśle opakowań ze względu na ich doskonałą odporność powierzchni na warunki atmosferyczne, zarysowania i sztywność konstrukcyjną. Jednakże producenci przemysłowi stale spotykają się z zamieszaniem co do możliwości dostosowania procesu tłoczenia. W artykule przeanalizowano wewnętrzne właściwości mechaniczne podłoży aluminiowych hartowanych H18, wady strukturalne organicznych powłok barwnych i rzeczywiste przypadki niepowodzeń podczas tłoczenia. Stwierdzono, że taśmy aluminiowe powlekane barwnie H18 nadają się jedynie do wykrawania o niskim odkształceniu i tłoczenia przy płytkim zginaniu i są całkowicie niekompatybilne z głębokim tłoczeniem, wyginaniem i skomplikowanym tłoczeniem profilowym. Zaproponowano również odpowiednie ukierunkowane środki udoskonalenia procesu tłoczenia, aby zmniejszyć ryzyko złuszczania się powłoki i pękania podłoża.

1. Podstawowa definicja właściwości mechanicznych odpuszczania i podłoża H18

Zgodnie ze standardem dotyczącym stanu stopu aluminium opracowanym przez Stowarzyszenie Aluminium, H18 oznacza stan całkowicie wzmocniony przez odkształcenie, bez wyżarzania pośredniego. W odróżnieniu od częściowo twardych odpuszczań H12, H14 i H16, taśmy aluminiowe H18 uzyskują bardzo wysoką twardość w wyniku jednorazowego walcowania na zimno przy współczynniku odkształcenia przetwórczego przekraczającego 75%, bez późniejszej obróbki cieplnej w celu przywrócenia ciągliwości. W przypadku popularnych podłoży z czystego aluminium serii 1000 i stopów aluminiowo-manganowych 3003 stosowanych do powlekania kolorowego parametry mechaniczne wykazują oczywiste ograniczenia w zakresie obróbki plastycznej: aluminium 1060 H18 ma wydłużenie przy zerwaniu zaledwie 1% do 3%, a aluminium 3003 H18 osiąga tylko 4% do 5%. Natomiast konwencjonalne aluminium H14 preferowane do tłoczenia ma wydłużenie powyżej 12%.

Kolejnym krytycznym ograniczeniem są wysokie naprężenia szczątkowe rozciągające wewnątrz podłoży H18. Poważna akumulacja dyslokacji sieci podczas walcowania na zimno powoduje, że materiał jest podatny na koncentrację naprężeń pod wpływem zewnętrznych sił ścinających i rozciągających. Gdy lokalne odkształcenie przekroczy 5%, mikropęknięcia pojawią się najpierw na krawędzi paska, a następnie w ciągu milisekund rozszerzą się na podłoże. Ta wrodzona kruchość jest główną barierą ograniczającą tłoczenie przy dużych odkształceniach, niezależnie od warstwy powłoki barwnej powierzchni.

2. Dodatkowe ryzyko stemplowania powodowane przez struktury powłok kolorowych

W porównaniu z gołymi taśmami aluminiowymi H18, produkty powlekane kolorowo dodają trójwarstwową strukturę kompozytową, obejmującą chemiczną folię konwersyjną, powłokę podkładową i górną powłokę odporną na warunki atmosferyczne po obu stronach. Całkowita grubość powłoki waha się od 18 μm do 35 μm, co stwarza dwa wyjątkowe ryzyka niepowodzenia tłoczenia, które nie występują w przypadku gołego aluminium.

Najpierw nałóż warstwę peelingu spójnego. Organiczne powłoki poliestrowe i fluorowęglowe stosowane na przemysłowe taśmy aluminiowe charakteryzują się znacznie niższym wydłużeniem (poniżej 2%) niż podłoża aluminiowe. Podczas gięcia tłoczącego powłoka powierzchniowa nie może podążać za drobnymi odkształceniami plastycznymi osnowy aluminiowej, co prowadzi do poprzecznego pękania i łuszczenia się przy zginaniu filetów. Nawet w przypadku płytkiego tłoczenia z odkształceniem poniżej 3% na powierzchni powłoki pojawią się widoczne mikropęknięcia, które zmniejszą odporność na warunki atmosferyczne i korozję gotowych produktów oraz spowodują wczesne rdzewienie w scenariuszach pracy na zewnątrz.

Po drugie, przyleganie pleśni i zarysowanie powierzchni. Gładko utwardzona powłoka kolorowa ma niski współczynnik tarcia powierzchniowego. Podczas tłoczenia pod wysokim ciśnieniem pomiędzy powierzchnią powłoki a stalowymi formami wystąpi lokalna adhezja próżniowa. Ciągłe podawanie spowoduje nieodwracalne rysy na powłoce, których nie da się naprawić w drodze obróbki końcowej. W produkcji masowej wada ta może zwiększyć wskaźnik wadliwości o ponad 18% bez obróbki powierzchni formy.

3. Klasyfikacja oceny zdolności adaptacji stemplowania

3.1 Obowiązujące scenariusze tłoczenia przy niskim odkształceniu

Taśmy aluminiowe powlekane barwnie H18 doskonale nadają się do wykrawania, przekłuwania, prostego, płytkiego gięcia z promieniem gięcia ≥ 3-krotności grubości taśmy oraz do płaskiego tłoczenia przycinającego przy naprężeniu mniejszym niż 3%. Typowe zastosowania obejmują elektroniczne zaślepianie uszczelek, przycinanie płaskich paneli reklamowych i gięcie prostokątnej pokrywy akumulatora pod jednym kątem. W tych procesach materiał wytrzymuje jedynie naprężenia ścinające, bez widocznych odkształceń przy rozciąganiu. Dane dotyczące produkcji masowej pokazują, że w połączeniu z polerowanymi formami i wodnymi smarami do tłoczenia, wskaźnik wadliwości gotowego produktu można kontrolować poniżej 1,2%, spełniając przemysłowe standardy jakości. Tymczasem wysoka twardość stanu H18 zapewnia, że ​​wytłoczone części nie będą się odbijać i odkształcać po uformowaniu, rozwiązując problem niestabilności wymiarowej przedmiotów obrabianych z miękkiego aluminium.

3.2 Niemające zastosowania scenariusze tłoczenia z dużymi odkształceniami

Nie zaleca się stosowania wszystkich procesów tłoczenia wymagających odkształcenia plastycznego przy rozciąganiu, w tym głębokiego tłoczenia, wyginania pod wieloma kątami, profilowania sferycznego i gięcia o małym promieniu (promień zgięcia <2 razy grubość taśmy). W testach głębokiego tłoczenia taśm aluminiowych powlekanych barwnie 3003 H18 i głębokości tłoczenia 8 mm, u 92% obrabianych przedmiotów doszło do jednoczesnego pęknięcia podłoża i wielkopowierzchniowego łuszczenia się powłoki na paśmie matrycy. Podstawową przyczyną jest podwójne uszkodzenie: odkształcenie rozciągające podłoża przekracza granicę wydłużenia, a plastyczność powłoki nie może koordynować deformacji osnowy. Ponadto wielokrotne stemplowanie wtórne jest surowo zabronione. Nagromadzenie naprężeń szczątkowych po pierwszym tłoczeniu jeszcze bardziej zmniejszy plastyczność podłoża, prowadząc do samoistnego pękania w ciągu 72 godzin po obróbce.

4. Optymalizacja procesu dla kwalifikowanej produkcji tłoczenia

W przypadku przedsiębiorstw, które muszą stosować aluminium powlekane organicznie w kolorze H18 do tłoczenia z niskim poziomem odkształceń, cztery ukierunkowane korekty mogą złagodzić ryzyko związane z jakością. Najpierw wypoleruj wgłębienia formy do Ra≤0,2μm i przeprowadź obróbkę diamentową powłoką węglową DLC, aby wyeliminować zarysowania i przyczepność powłoki. Po drugie, zamiast smarów oleistych używaj smarów na bazie wody o niskiej lepkości. Tłuste smary powodują odbarwienie powłoki i utratę przyczepności w wysokich temperaturach tłoczenia. Po trzecie, kontroluj prędkość tłoczenia poniżej 15 uderzeń na minutę. Tłoczenie z dużą prędkością spowoduje natychmiastowe naprężenie udarowe i spowoduje pękanie krawędzi. Po czwarte, przed tłoczeniem wytnij zarezerwowane nacięcia odciążające na krawędziach taśmy, aby uwolnić naprężenia resztkowe podczas walcowania na zimno i zapobiec rozdarciu krawędzi.

5. Wnioski i sugestie dotyczące wyboru materiału

Podsumowując, taśmy aluminiowe pokryte powłoką barwną H18 o wysokiej twardości nie nadają się uniwersalnie do tłoczenia. Są preferowanym materiałem na części tłoczone o niskim odkształceniu i dużej sztywności, bez skomplikowanych wymagań dotyczących kształtu, dzięki doskonałym właściwościom przeciwodbiciowym i nienaruszonej powłoce powierzchniowej. Nie nadaje się jednak do żadnych średnich i dużych procesów tłoczenia z odkształceniem plastycznym. W przypadku skomplikowanych detali do tłoczenia producenci powinni zastąpić materiały hartowanymi i barwionymi taśmami aluminiowymi H14 lub H16, które równoważą twardość i ciągliwość. W przypadku części eksploatowanych na zewnątrz, wymagających zarówno trwałości powierzchni, jak i wydajności formowania, modele ze stopów, takie jak aluminium powlekane organicznie 3005 H16, są bardziej opłacalną alternatywą.