Je farebne potiahnutý hliníkový pásik H18 s vysokou tvrdosťou vhodný na lisovanie?

Abstraktné

Farebne potiahnuté hliníkové pásy H18 s vysokou tvrdosťou sú široko používané vo vonkajších dekoráciách, doplnkoch batérií, elektronickom tienení a obalovom priemysle vďaka ich vynikajúcej povrchovej odolnosti voči poveternostným vplyvom, odolnosti voči poškriabaniu a štrukturálnej tuhosti. Priemyselní výrobcovia však neustále čelia zmätku v súvislosti s adaptabilitou lisovania. Tento článok analyzuje vnútorné mechanické vlastnosti temperovaných hliníkových substrátov H18, štrukturálne defekty organických farebných náterových filmov a skutočné prípady zlyhania lisovania. Dospel k záveru, že hliníkové pásy s farebným povlakom H18 sú vhodné len na nízkodeformačné vysekávanie a lisovanie s plytkým ohybom a sú úplne nekompatibilné s hlbokým ťahaním, obrubovaním a lisovaním s komplexným profilovaním. Navrhujú sa aj zodpovedajúce cielené opatrenia na zlepšenie procesu razenia na zníženie rizika odlupovania povlaku a praskania substrátu.

1. Základná definícia H18 Temper a mechanické vlastnosti substrátu

Podľa normy pre temperovanie hliníkovej zliatiny formulovanej asociáciou Aluminium Association, H18 predstavuje úplné namáhanie spevnené temperovanie bez medzižíhania. Na rozdiel od čiastočných tvrdých temperovaní H12, H14 a H16, hliníkové pásy H18 získavajú ultra vysokú tvrdosť prostredníctvom jednorazového valcovania za studena s rýchlosťou deformácie presahujúcou 75 %, bez následného tepelného spracovania na obnovenie ťažnosti. Pre bežné substráty z čistého hliníka série 1000 a zo zliatiny hliníka a mangánu 3003, ktoré sa používajú na farebné poťahovanie, mechanické parametre vykazujú zjavné obmedzenia pre tvarovanie plastov: hliník 1060 H18 má predĺženie pri pretrhnutí iba 1 % až 3 % a hliník 3003 H18 dosahuje iba 4 % až 5 %. Naproti tomu bežný hliník H14 preferovaný lisovaním má predĺženie nad 12 %.

Vysoké zvyškové napätie v ťahu vo vnútri substrátov H18 je ďalším kritickým obmedzením. Silná akumulácia dislokácie mriežky počas valcovania za studena spôsobuje, že materiál je náchylný na koncentráciu napätia pri vonkajšej šmykovej a ťahovej sile. Akonáhle lokálne napätie presiahne 5 %, mikrotrhlinky sa najskôr objavia na okraji pásu, potom sa rozšíria cez substrát v priebehu milisekúnd. Táto inherentná krehkosť je primárnou bariérou obmedzujúcou lisovanie s veľkou deformáciou, nezávisle od povrchovej farebnej náterovej vrstvy.

2. Dodatočné riziká razenia spôsobené štruktúrami farebných povlakov

V porovnaní s holými hliníkovými pásmi H18 produkty s farebným náterom pridávajú trojvrstvovú kompozitnú štruktúru vrátane chemickej konverznej fólie, základného náteru a vrchného náteru odolného voči poveternostným vplyvom na oboch stranách. Celková hrúbka povlaku sa pohybuje od 18 μm do 35 μm, čo predstavuje dve jedinečné riziká zlyhania lisovania, ktoré v holom hliníku neexistujú.

Najprv potiahnutie súdržným peelingom. Organické polyesterové a fluorokarbónové povlaky používané na priemyselné hliníkové pásy majú oveľa nižšiu ťažnosť (menej ako 2 %) ako hliníkové substráty. Počas ohýbania razením nemôže povrchová vrstva sledovať malú plastickú deformáciu hliníkovej matrice, čo vedie k priečnemu praskaniu a odlupovaniu ohybových filiet. Dokonca aj pri plytkom lisovaní s deformáciou pod 3% sa na povrchu náteru objavia viditeľné mikrotrhliny, ktoré znížia odolnosť hotových výrobkov voči poveternostným vplyvom a korózii a spôsobia skoré hrdzavenie pri vonkajších prevádzkových scenároch.

Po druhé, priľnavosť plesní a poškriabanie povrchu. Hladký vytvrdnutý farebný náter má nízky koeficient povrchového trenia. Pri vysokotlakovom lisovaní dôjde k lokálnej vákuovej adhézii medzi povrchom povlaku a oceľovými formami. Nepretržité podávanie spôsobí nezvratné škrabance na povlaku, ktoré nie je možné opraviť dodatočným spracovaním. V sériovej výrobe môže táto chyba zvýšiť chybovosť o viac ako 18% bez povrchovej úpravy formy.

3. Klasifikačný posudok adaptability razenia

3.1 Použiteľné scenáre lisovania s nízkou deformáciou

Hliníkové pásy s farebnou povrchovou úpravou H18 sú plne vhodné na strihanie, prepichovanie, rovné plytké ohýbanie s polomerom ohybu ≥ 3-násobok hrúbky pásu a ploché orezávanie s namáhaním menším ako 3 %. Typické prípady použitia zahŕňajú elektronické zaslepovanie tesnenia, orezávanie plochých reklamných panelov a ohýbanie obdĺžnikového krytu batérie v jednom uhle. Pri týchto procesoch materiál znáša iba šmykové napätie bez zjavnej deformácie v ťahu. Údaje o hromadnej výrobe ukazujú, že pri spojení s leštenými formami a lisovacími mazivami na vodnej báze môže byť miera chybovosti hotového výrobku kontrolovaná pod 1,2 %, čo spĺňa štandardy priemyselnej kvality. Medzitým vysoká tvrdosť temperovania H18 zaisťuje, že lisované diely sa po tvarovaní neodskočia a nedeformujú, čím sa rieši problém rozmerovej nestability mäkkých hliníkových obrobkov.

3.2 Neaplikovateľné scenáre lisovania s veľkou deformáciou

Všetky lisovacie procesy vyžadujúce plastickú deformáciu v ťahu sa neodporúčajú, vrátane hlbokého ťahania, viacuhlového obrubovania, sférického profilovania a ohýbania s úzkym polomerom (polomer ohybu < 2-násobok hrúbky pásu). Pri testoch hlbokého ťahania 3003 hliníkových pásov s farebným povlakom H18 s hĺbkou ťahania 8 mm trpelo 92 % obrobkov súčasným lomom substrátu a odlupovaním veľkoplošného povlaku na zaoblení matrice. Hlavnou príčinou je dvojité zlyhanie: ťahové napätie substrátu prekračuje limit predĺženia a ťažnosť povlaku nemôže koordinovať deformáciu matrice. Okrem toho je prísne zakázané opakované sekundárne razenie. Akumulácia zvyškového napätia po prvom razení ďalej zníži ťažnosť substrátu, čo vedie k spontánnemu praskaniu do 72 hodín po spracovaní.

4. Optimalizácia procesov pre kvalifikovanú lisovaciu výrobu

Pre podniky, ktoré musia prijať hliník s farebným povlakom H18 na lisovanie s nízkou deformáciou, môžu štyri cielené úpravy zmierniť riziká kvality. Najprv vyleštite dutiny foriem na Ra≤0,2 μm a vykonajte úpravu uhlíkovým povlakom podobným diamantu DLC, aby ste eliminovali poškriabanie a priľnavosť povlaku. Po druhé, namiesto olejových lubrikantov používajte lubrikanty na vodnej báze s nízkou viskozitou. Olejové mazivá spôsobia zmenu farby povlaku a zlyhanie priľnavosti pri vysokých teplotách lisovania. Po tretie, regulujte rýchlosť razenia pod 15 úderov za minútu. Vysokorýchlostné lisovanie vytvorí okamžité rázové napätie a spôsobí praskanie hrán. Po štvrté, pred lisovaním vyrežte rezervované zárezy na uvoľnenie napätia na okrajoch pásu, aby ste uvoľnili zvyškové napätie pri valcovaní za studena a zabránili trhaniu okrajov.

5. Záver a návrhy na výber materiálu

Aby sme to zhrnuli, hliníkové pásy s vysokou tvrdosťou H18 s farebným povlakom nie sú univerzálne vhodné na razenie. Sú preferovaným materiálom pre lisovacie diely s nízkou deformáciou a vysokou tuhosťou bez zložitých požiadaviek na tvar, vďaka vynikajúcemu výkonu proti odskoku a neporušenému povrchovému náteru. Je však nevhodný pre akékoľvek stredné a veľké lisovacie procesy plastickej deformácie. Pre zložité lisované obrobky by výrobcovia mali nahradiť materiály temperovanými hliníkovými pásikmi s farebným povlakom H14 alebo H16, ktoré vyrovnávajú tvrdosť a ťažnosť. Pre vonkajšie diely s dlhodobým servisom vyžadujúce trvanlivosť povrchu aj tvarovací výkon sú cenovo výhodnejšie alternatívy zliatinové modely, ako je hliník s farebným povlakom 3005 H16.