Banda de aluminiu acoperită cu culoare H18 de duritate ridicată este potrivită pentru procesarea ștanțarii?

Abstract

Benzile de aluminiu acoperite cu culoare H18 de duritate ridicată sunt adoptate pe scară largă în decorațiunile exterioare, accesoriile bateriilor, ecranarea electronică și industriile de ambalare datorită rezistenței excelente la intemperii la suprafață, rezistenței la zgârieturi și rigidității structurale. Cu toate acestea, producătorii industriali se confruntă în mod constant cu confuzie cu privire la adaptabilitatea la ștanțare. Acest articol analizează proprietățile mecanice interne ale substraturilor din aluminiu temperat H18, defectele structurale ale filmelor de acoperire color organice și cazurile reale de eșec de ștanțare. Se concluzionează că benzile de aluminiu acoperite cu culoare H18 sunt calificate doar pentru ștanțare cu deformare scăzută și ștanțare cu îndoire superficială și sunt complet incompatibile cu ambutisarea adâncă, flanșarea și ștanțarea profilării complexe. De asemenea, sunt propuse măsuri corespunzătoare de îmbunătățire a procesului de ștanțare pentru a reduce riscurile de decojire a stratului și de crăpare a substratului.

1. Definiția de bază a temperării H18 și a proprietăților mecanice ale substratului

Conform standardului de temperare a aliajului de aluminiu formulat de Asociația Aluminiului, H18 reprezintă temperatură completă întărită la deformare fără recoacere intermediară. Spre deosebire de temperaturile parțiale dure H12, H14 și H16, benzile de aluminiu H18 obțin duritate ultra-înalta prin laminare la rece unică, cu o rată de deformare a procesării care depășește 75%, fără tratament termic ulterior pentru a restabili ductilitatea. Pentru substraturile principale din aluminiu pur din seria 1000 și 3003 din aliaj de aluminiu-mangan, utilizate pentru acoperirea colorată, parametrii mecanici arată limitări evidente pentru formarea plasticului: aluminiul 1060 H18 are o alungire la rupere de doar 1% până la 3% și 3003% H18 pentru a ajunge la doar 18% a 4%. În contrast, aluminiul H14, preferat pentru ștanțare convențională, are o alungire de peste 12%.

Tensiunea reziduală ridicată la întindere în interiorul substraturilor H18 este o altă constrângere critică. Acumularea severă de dislocare a rețelei în timpul laminarii la rece face ca materialul să fie predispus la concentrarea tensiunilor sub forfecare externă și forță de tracțiune. Odată ce deformarea locală depășește 5%, microfisurile vor apărea mai întâi la marginea benzii, apoi se vor extinde pe substrat în câteva milisecunde. Această fragilitate inerentă este bariera primară care limitează ștanțarea cu deformare mare, independent de stratul de acoperire cu culoarea suprafeței.

2. Riscuri suplimentare de ștanțare aduse de structurile de acoperire cu culoare

În comparație cu benzile goale de aluminiu H18, produsele acoperite cu culoare adaugă o structură compozită cu trei straturi, inclusiv peliculă de conversie chimică, stratul primar și stratul superior rezistent la intemperii pe ambele părți. Grosimea totală a acoperirii variază de la 18 μm la 35 μm, ceea ce introduce două riscuri unice de eșec la ștanțare care nu există în aluminiul necompletat.

În primul rând, acoperirea peelingului coeziv. Acoperirile din poliester organic și fluorocarbon utilizate pentru benzile industriale de aluminiu au o alungire mult mai mică (mai puțin de 2%) decât substraturile din aluminiu. În timpul îndoirii ștanțate, acoperirea suprafeței nu poate urmări deformarea plastică minusculă a matricei de aluminiu, ceea ce duce la fisurarea transversală și decojirea la fileurile de îndoire. Chiar și pentru ștanțarea superficială cu deformare sub 3%, pe suprafața acoperirii vor apărea micro-fisuri vizibile, ceea ce va reduce rezistența la intemperii și rezistența la coroziune a produselor finite și va provoca ruginirea timpurie în scenariile de service în aer liber.

În al doilea rând, aderența mucegaiului și zgârierea suprafeței. Acoperirea netedă de culoare întărită are un coeficient scăzut de frecare a suprafeței. Sub ștanțare de înaltă presiune, va avea loc o aderență locală în vid între suprafața de acoperire și matrițele din oțel. Alimentarea continuă va provoca urme de zgârieturi ireversibile pe acoperire, care nu pot fi reparate prin post-procesare. În producția de masă, acest defect poate crește rata de defecte cu mai mult de 18% fără tratarea suprafeței mucegaiului.

3. Judecata de clasificare a adaptabilității ștampilei

3.1 Scenarii aplicabile de ștanțare cu deformare redusă

Benzile de aluminiu acoperite cu culoare H18 sunt complet potrivite pentru ștanțare, perforare, îndoire dreptă și superficială, cu raza de îndoire ≥ 3 ori grosimea benzii și ștanțare plată cu deformare mai mică de 3%. Cazurile de aplicare tipice includ acoperirea garniturii electronice, tăierea panoului publicitar plat și îndoirea dreptunghiulară a capacului bateriei într-un singur unghi. În aceste procese, materialul suportă doar efort de forfecare fără deformare evidentă la tracțiune. Datele de producție în masă arată că, atunci când sunt combinate cu matrițe lustruite și lubrifianți de ștanțare pe bază de apă, rata defectelor produsului finit poate fi controlată sub 1,2%, îndeplinind standardele industriale de calitate. Între timp, duritatea ridicată a temperării H18 asigură că piesele ștanțate nu vor reveni și nu se vor deforma după formare, rezolvând problema de instabilitate dimensională a pieselor din aluminiu cu temperatură moale.

3.2 Scenarii inaplicabile de ștanțare cu deformare mare

Nu sunt recomandate toate procesele de ștanțare care necesită deformare plastică la tracțiune, inclusiv ambutirea adâncă, flanșarea cu mai multe unghiuri, profilarea sferică și îndoirea cu rază îngustă (raza de îndoire < de 2 ori grosimea benzii). În testele de ambutisare adâncă ale benzilor de aluminiu acoperite cu culoarea 3003 H18 cu o adâncime de tragere de 8 mm, 92% dintre piesele de prelucrat au suferit simultan ruperea substratului și decojirea pe suprafață mare a stratului la filetul matriței. Cauza principală este dubla defecțiune: deformarea la tracțiune a substratului depășește limita de alungire, iar ductilitatea acoperirii nu poate coordona deformarea matricei. În plus, ștanțarea secundară repetată este strict interzisă. Acumularea tensiunii reziduale după prima ștanțare va reduce și mai mult ductilitatea substratului, ducând la fisurare spontană în 72 de ore de la prelucrare.

4. Optimizarea proceselor pentru producția de ștanțare calificată

Pentru întreprinderile care trebuie să adopte aluminiu acoperit cu culoare H18 pentru ștanțare cu deformare redusă, patru ajustări vizate pot atenua riscurile de calitate. În primul rând, lustruiți cavitățile matriței la Ra≤0,2μm și efectuați un tratament de acoperire cu carbon asemănător diamantului DLC pentru a elimina zgârieturile și aderența acoperirii. În al doilea rând, utilizați lubrifianți pe bază de apă cu vâscozitate scăzută în loc de lubrifianți uleios. Lubrifianții uleioși vor cauza decolorarea stratului de acoperire și eșecul aderenței la temperaturi ridicate de ștanțare. În al treilea rând, controlați viteza de ștanțare sub 15 curse pe minut. Ștanțarea de mare viteză va genera stres instantaneu la impact și va induce crăparea marginilor. În al patrulea rând, tăiați crestăturile rezervate de reducere a tensiunii la marginile benzii înainte de ștanțare pentru a elibera stresul rezidual de laminare la rece și pentru a preveni ruperea marginilor.

5. Concluzii și sugestii de selecție a materialelor

Pentru a rezuma, benzile de aluminiu acoperite cu culoare H18 de duritate mare nu sunt universal potrivite pentru ștanțare. Sunt un material preferat pentru piese de ștanțare cu deformare redusă, rigiditate ridicată, fără cerințe complexe de formă, datorită performanței excelente anti-recul și acoperirii suprafeței intacte. Cu toate acestea, este nepotrivit pentru orice proces de ștanțare cu deformare plastică medie și mare. Pentru piese de ștanțare complexe, producătorii ar trebui să înlocuiască materialele cu benzi de aluminiu acoperite cu culoare H14 sau H16, care echilibrează duritatea și ductilitatea. Pentru piesele de service în aer liber pe termen lung care necesită atât durabilitate a suprafeței, cât și performanță de formare, modelele din aliaj, cum ar fi aluminiul acoperit cu culoarea 3005 H16, sunt alternative mai rentabile.