Ali je barvno prevlečen aluminijast trak visoke trdote H18 primeren za obdelavo z žigosanjem?

Povzetek

Aluminijasti trakovi z barvnim premazom H18 z visoko trdoto so zaradi svoje odlične površinske odpornosti na vremenske vplive, odpornosti proti praskam in strukturne togosti široko uporabljeni v zunanji dekoraciji, dodatkih za baterije, elektronskih zaslonih in industriji pakiranja. Vendar se industrijski proizvajalci nenehno soočajo z zmedo glede njegove prilagodljivosti žigosanja. Ta članek analizira notranje mehanske lastnosti substratov iz kaljenega aluminija H18, strukturne napake organskih barvnih premaznih filmov in dejanske primere napak pri žigosanju. Ugotavlja, da so aluminijasti trakovi, prevlečeni z barvo H18, primerni samo za izrezovanje z nizkimi deformacijami in plitvo upogibanje vtiskovanje ter so popolnoma nezdružljivi z globokim vlekom, robljenjem in vtiskovanjem s kompleksnim profiliranjem. Predlagani so tudi ustrezni ciljno usmerjeni ukrepi za izboljšanje postopka žigosanja za zmanjšanje tveganja luščenja prevleke in razpokanja substrata.

1. Opredelitev jedra za temperaturo H18 in mehanske lastnosti podlage

V skladu s standardom za kaljenje aluminijeve zlitine, ki ga je oblikovalo Združenje za aluminij, H18 predstavlja popolno kaljenje brez vmesnega žarjenja. Za razliko od delno trdih temperatur H12, H14 in H16 aluminijasti trakovi H18 pridobijo izjemno visoko trdoto z enkratnim hladnim valjanjem s stopnjo deformacije pri obdelavi, ki presega 75 %, brez naknadne toplotne obdelave za obnovitev duktilnosti. Za običajne podlage iz čistega aluminija serije 1000 in 3003 iz aluminijevo-manganove zlitine, ki se uporabljajo za barvno prevleko, mehanski parametri kažejo očitne omejitve za oblikovanje plastike: aluminij 1060 H18 ima raztezek pri zlomu le 1 % do 3 %, aluminij 3003 H18 pa doseže le 4 % do 5 %. V nasprotju s tem ima običajni aluminij H14, ki ima prednost pri žigosanju, raztezek nad 12 %.

Visoka natezna zaostala napetost znotraj substratov H18 je še ena kritična omejitev. Zaradi močnega kopičenja dislokacij mreže med hladnim valjanjem je material nagnjen k koncentraciji napetosti pod zunanjim strigom in natezno silo. Ko lokalna deformacija preseže 5 %, se bodo najprej pojavile mikrorazpoke na robu traku, nato pa se bodo v milisekundah razširile po substratu. Ta inherentna krhkost je primarna ovira, ki omejuje žigosanje z velikimi deformacijami, neodvisno od sloja površinskega barvnega premaza.

2. Dodatna tveganja žigosanja, ki jih prinašajo strukture barvnega premaza

V primerjavi z golimi aluminijastimi trakovi H18 barvno prevlečeni izdelki dodajo troslojno kompozitno strukturo, vključno s filmom za kemično pretvorbo, osnovnim premazom in zgornjim premazom, odpornim na vremenske vplive, na obeh straneh. Skupna debelina prevleke se giblje od 18 μm do 35 μm, kar predstavlja dve edinstveni nevarnosti neuspešnega žigosanja, ki ne obstajata pri golem aluminiju.

Prvič, premaz kohezivni piling. Organski poliestrski in fluoroogljikovi premazi, ki se uporabljajo za industrijske aluminijaste trakove, imajo veliko manjši raztezek (manj kot 2 %) kot aluminijasti substrati. Med upogibanjem žigosanja površinska prevleka ne more slediti majhni plastični deformaciji aluminijaste matrice, kar vodi do prečnega razpokanja in luščenja na upogibnih kotnikih. Tudi pri plitvem žigosanju z deformacijo pod 3 % se bodo na površini premaza pojavile vidne mikrorazpoke, ki bodo zmanjšale vremensko odpornost in odpornost končnih izdelkov proti koroziji ter povzročile zgodnje rjavenje v scenarijih uporabe na prostem.

Drugič, oprijem plesni in površinsko praskanje. Gladko strjen barvni premaz ima nizek koeficient površinskega trenja. Pri visokotlačnem žigosanju bo prišlo do lokalnega vakuumskega oprijema med površino premaza in jeklenimi kalupi. Neprekinjeno dovajanje bo povzročilo nepopravljive sledi prask na premazu, ki jih ni mogoče popraviti z naknadno obdelavo. Pri masovni proizvodnji lahko ta napaka poveča stopnjo napak za več kot 18 % brez površinske obdelave kalupa.

3. Klasifikacijska presoja o prilagodljivosti žigosanja

3.1 Veljavni scenariji žigosanja z nizko deformacijo

Barvno prevlečeni aluminijasti trakovi H18 so popolnoma primerni za rezanje, prebadanje, ravno plitvo upogibanje s polmerom upogibanja ≥ 3-kratne debeline traku in ravno obrezovanje z obremenitvijo manj kot 3 %. Tipični primeri uporabe vključujejo elektronsko zapiranje tesnil, obrezovanje ravnih oglasnih plošč in pravokotno upogibanje pokrova baterije pod enim kotom. Pri teh postopkih material prenaša samo strižne napetosti brez očitne natezne deformacije. Podatki o množični proizvodnji kažejo, da je mogoče ob usklajenosti s poliranimi kalupi in mazivi za žigosanje na vodni osnovi stopnjo okvar končnega izdelka nadzorovati pod 1,2 %, kar ustreza industrijskim standardom kakovosti. Medtem pa visoka trdota H18 kaljenja zagotavlja, da se žigosani deli po oblikovanju ne bodo odbili in deformirali, kar rešuje problem dimenzijske nestabilnosti obdelovancev iz mehko kaljenega aluminija.

3.2 Neuporabni scenariji žigosanja z velikimi deformacijami

Vsi postopki žigosanja, ki zahtevajo natezno plastično deformacijo, niso priporočljivi, vključno z globokim vlekom, večkotnim prirobljenjem, sferičnim profiliranjem in upogibanjem z ozkim polmerom (upogibni radij <2-kratna debelina traku). Pri preizkusih globokega vleka barvno prevlečenih aluminijastih trakov 3003 H18 z globino vleka 8 mm je 92 % obdelovancev trpelo zaradi hkratnega loma podlage in luščenja velike površine na zaokroženem delu matrice. Osnovni vzrok je dvojna okvara: natezna deformacija substrata presega mejo raztezka in duktilnost prevleke ne more uskladiti deformacije matrice. Poleg tega je strogo prepovedano ponavljajoče se sekundarno žigosanje. Akumulacija preostale napetosti po prvem vtiskovanju bo dodatno zmanjšala duktilnost substrata, kar bo povzročilo spontano razpokanje v 72 urah po obdelavi.

4. Optimizacija procesa za kvalificirano proizvodnjo žigosanja

Za podjetja, ki morajo uporabiti aluminij, prevlečen z barvo H18 za žigosanje z nizkimi deformacijami, lahko štiri ciljne prilagoditve ublažijo tveganja kakovosti. Najprej polirajte votline kalupa do Ra≤0,2 μm in izvedite DLC diamantu podobno ogljikovo prevleko, da odpravite praske in oprijem prevleke. Drugič, namesto oljnih lubrikantov uporabljajte lubrikante na vodni osnovi z nizko viskoznostjo. Oljna maziva bodo povzročila razbarvanje premaza in okvaro oprijema pri visokih temperaturah žigosanja. Tretjič, nadzorujte hitrost žigosanja pod 15 gibov na minuto. Visokohitrostno žigosanje bo povzročilo takojšnjo udarno napetost in povzročilo razpoke na robovih. Četrtič, izrežite rezervirane zareze za razbremenitev napetosti na robovih traku pred žigosanjem, da sprostite preostalo napetost pri hladnem valjanju in preprečite trganje robov.

5. Zaključek in predlogi za izbiro gradiva

Če povzamemo, barvno prevlečeni aluminijasti trakovi z visoko trdoto H18 niso univerzalno primerni za žigosanje. So prednostni material za dele za vtiskovanje z nizko deformacijo in visoko togostjo brez zapletenih zahtev glede oblike, zahvaljujoč odlični učinkovitosti proti odboju in nepoškodovani površinski prevleki. Vendar pa ni primeren za postopke žigosanja srednje in velike plastične deformacije. Pri zapletenih obdelovancih za vtiskovanje morajo proizvajalci zamenjati materiale s H14 ali H16 kaljenimi barvno prevlečenimi aluminijastimi trakovi, ki uravnotežijo trdoto in duktilnost. Za dele za dolgotrajno uporabo na prostem, ki zahtevajo površinsko vzdržljivost in zmogljivost oblikovanja, so modeli iz zlitine, kot je barvno prevlečeni aluminij 3005 H16, stroškovno učinkovitejša alternativa.