Analiza učinaka različitih metalnih limova (npr. aluminija, nehrđajućeg čelika, pocinčanog lima) na učinak savijanja rubova i kotrljanja

Procesi presavijanja porubljivanja temeljni su procesi proizvodnje automobila, kućanskih aparata i obrade preciznih strojeva, koji izravno utječu na strukturnu čvrstoću, brtvljenje i kvalitetu površine proizvoda. Zbog razlika u kristalnoj strukturi, mehaničkim svojstvima i površinskim karakteristikama različitih metalnih materijala, karakteristike procesa su očite u procesu savijanja i rubova. Uzimajući aluminijske legure, nehrđajući čelik i pocinčani čelični lim kao primjere, sustavno se analizira utjecaj njihovih svojstava materijala na proces savijanja i namatanja, a prema inženjerskom primjeru izlažu se strategije optimizacije.
1. Mehanizam svojstava materijala koji utječu na pojavu rubova
1.1 Karakteristike savijanja rubova aluminijske legure
Aluminijske legure (kao što je serija 6016) imaju jedinstveni rub u porubu zbog niske granice razvlačenja (približno 140–180 MPa) i velikog istezanja (veće ili jednako 25%). Pomoću analize konačnih elemenata, tok materijala u zoni deformacije je ujednačen, distribucija tangencijalnog vlačnog naprezanja je ujednačenija od čelika od ugljičnog čelika u procesu otvaranja i okretanja rubova aluminija 6016, učinkovito smanjujući rizik od pucanja rubova. Na primjer, u procesu sklapanja motora na dimni plin, aluminijska legura 6016 može imati granični faktor zakretanja od 0,68, 9,7% više od graničnog faktora zakretanja čeličnog lima DC04 (0,62), što omogućuje veću visinu zakretanja i složeniju geometriju.
Međutim, visoki indeks otvrdnjavanja pri deformaciji (vrijednost n) aluminijske legure (0,2-0,3) rezultira većim odskokom nakon savijanja ruba od čelika. Podaci mjerenja s prednjeg poklopca električnog automobila pokazali su da aluminijski rubni pregib ima kut opruge od 3,2 stupnja, 77,8% više od iste debljine čeličnih ploča (1,8 stupnjeva). Kako bi se kontrolirao povratni udar, moraju se poduzeti sljedeće mjere:
Povećajte radijus rubnog ruba (preporučeno r Veće ili jednako 0,5t, t je debljina lima).
Optimizirani koeficijent kompenzacije matrice (K=1.05–1,10).
Provedite sekundarnu kalibraciju.
1.2 Izazov bočnog presavijanja od nehrđajućeg čelika
Austenitni nehrđajući čelik (npr. 304) suočava se s dva glavna izazova pri savijanju zbog granice razvlačenja veće ili jednake 205 MPa i relativno niskog istezanja veće ili jednako veće ili jednako 40%:
Pukotine na rubu: visoka čvrstoća dovodi do koncentracije koncentriranog tangencijalnog vlačnog naprezanja u zoni deformacije, a rub rupe je sklon mikropukotinama kada je koeficijent okretanja manji od 0,58. Studija slučaja tvrtke za kuhinjsku opremu pokazuje da je nehrđajući čelik 304 imao stopu pukotina 12 12% kada je imao 8 mm visine prirubnice, dok je aluminij 6016 imao stopu pukotina od samo 2% pod istim uvjetima.
Otvrdnjavanje radom: kada je vrijednost n- 0.3 -0.5, tvrdoća materijala se povećava za 30%–50% iza savijanja ruba, uvelike povećavajući trošenje kalupa kod kovanja.
Da bi se riješio problem poruba od nehrđajućeg čelika, inženjerske prakse obično uključuju:
pre-promjer probušene rupe povećao se za 5%–8% kako bi se kompenzirao odskok.
Tekući dušik korišten je za smanjenje stresa tečenja materijala.
Koeficijent trenja smanjen je nano mazivom (μ manji ili jednak 0,08).
1.3 Karakteristike procesa pocinčanog čeličnog lima.
Na svojstva savijanja rubova pocinčanog čeličnog lima (npr. DC04+ZE) snažno utječe premaz:
Pocinčani lim: Pocinčani lim je debljine 5 – 10 μm, s jakim prianjanjem na podloge. U procesu savijanja rubova, cinčani premaz se deformira u skladu s podlogama i nije lako otpasti. Međutim, tvrdoća cinčane prevlake (HV 180-220) veća je od tvrdoće podloge (HV 140-160), što rezultira koncentracijom naprezanja na oštrim kutovima kada se rubovi savijaju.
Vruće{0}}pocinčani lim: s debljinom premaza od 20–40 μm i relativno slabom plastičnošću, cinčani premaz sklon je mrežnom pucanju kada visina prirubnice premaši 6 mm. Ispitivanja jedne tvrtke za kućanske uređaje pokazuju da je, kada su naplatci okrenuti do visine od 8 mm, toplinski pocinčani sloj iznosio samo 65% samo 65%, dok je elektrogalvanizirani lim bio 92% gotov.
Rješenja za optimizaciju uključuju:
Kontrolirajte brzinu poruba (manje ili jednako 50 mm/s) kako biste smanjili ljuštenje premaza.
Usvojen je postupak stupnjevitog preklapanja (oblikovanje u dva koraka).
Povećajte kut skidanja (1 stupanj – 2 stupnja) kako biste smanjili trenje.
2. Reakcija materijala tijekom ripanja
2.1 Pritisak porubljivanja i deformacija materijala
Pritisak porubljivanja važan je pokazatelj mogućnosti oblikovanja materijala. Na temelju podataka Dynaform simulacije:
6016 legure aluminija pred{1}}pritisak je u prosjeku iznosio 502 N, a konačni pritisak porubljivanja je 1327 N.
Pritisak prethodnog valjanja čeličnog lima DC04 bio je u prosjeku 860N, a konačni pritisak porubljivanja je 1852 N.
aluminijska legura zahtijeva 40%–42% niži pritisak savijanja od čelika, uglavnom zbog niskog elastičnog modula elastičnosti (70GPa u odnosu na 70GPa). 210 GPa) i visokog omjera plastične-deformacije (r vrijednost 1,2: 0,8).
2.2 Kontrola efekta vala
Granica razvlačenja materijala izravno utječe na kvalitetu površine nakon uvijanja. 6016 aluminijske legure ima snagu razvlačenja od 140 MPa i visinu vala od 0,15 mm nakon uvijanja, što je 53% niže od visine vala (0,32 mm) čeličnog lima DC04 pod istom silom uvijanja. To ga čini idealnim za opšivanje vanjskih panela automobila. Površinska hrapavost dijelova za rubove od aluminijske legure može doseći 0,8 μm, što udovoljava zahtjevima površine A-klase-vrhunskih modela.
2.3 Upravljanje uvlakama
U procesu uvijanja (udubljenja), količina materijala koji teče u prirubnicu mora biti strogo kontrolirana. 6016 udubljenje aluminijske legure je 15%–20% veće od udubljenja čelične ploče. Ako se procesni parametri ne kontroliraju ispravno, mogu dovesti do:
Nepotpuno porubljivanje (razmak > 0,1 mm).
Koncentracija rubnog naprezanja (što dovodi do pukotina uslijed zamora).
Automobilska tvrtka kontrolira udubljenja unutar 0,3 mm na sljedeći način:
segmentirana kontrola pritiska (početni pritisak smanjen za 30%) koristi se za prethodno kovrčanje.
Povećava duljinu zadržavanja (s 2 na 4 ss) tijekom završnog porubljivanja.
Optimizirajte razmak matrice (1,1t u odnosu na
3. Inženjerska praksa odabira materijala i optimizacije procesa
3.1 Studija slučaja: Karoserijski paneli automobila
Nova vanjska ploča prednjeg poklopca automobila koristi 6016 aluminijski materijal za zamjenu tradicionalnog čelika, ostvaruje poboljšanja kvalitete kroz sljedeće inovacije procesa:
Predobrada materijala: T4 toplinska obrada (tretman otopinom + prirodno starenje) rezultirala je kontrolom razvlačenja od 160 MPa i povećanjem istezanja na 28%.
Dizajn matrice: Smanjenje trenja i produženje vijeka matrice sa 50 000 na 200 000 tjedana s DLC premazom (tvrdoća HV2500).
Praćenje procesa: Instalirajte senzore tlaka (točnost ±1 N), podesite silu uvijanja u stvarnom vremenu i kontrolirajte visinu vala u rasponu od ±0,05 mm.
3.2 Studija slučaja: unutarnja obloga kućanskih aparata od nehrđajućeg čelika
Visoko{0}}obloga hladnjaka, izrađena od nehrđajućeg čelika 304, može riješiti problem pucanja rubova hladnjaka na sljedeći način:
Nadogradnja podmazivanja: koeficijent trenja smanjen je s 0,2 na 0,06 upotrebom nano-maziva koje sadrži grafen-.
Poboljšanje procesa: korištenje ``pre-žigosanja → kriogeno savijanje → tretman žarenja" u tri-korak postupka za povećanje visine ruba sa 6 mm na 10 mm.
Optimizacija matrice: povećajte zaobljeni radijus izbijanja s 0,3 t na 0,5 t i smanjite stopu pukotina s 8% na 0,5%.
3.3 Studija slučaja: pocinčani čelični lim za građevinske konstrukcije
U inženjeringu čelične konstrukcije vruće{0}}pocinčanog lima za izradu krovnih crijepova, problem ljuštenja cinčane prevlake u procesu savijanja zida rješava se sljedećim mjerama:
Kontrola premaza: Smanjite debljinu premaza s 30 mikrona na 20 mikrona kako biste uravnotežili otpornost na koroziju i oblikovanje.
Parametri procesa: Smanjena brzina ruba s 80 mm/s na 40 mm/s i povećano vrijeme zadržavanja s 1 s na 3 s.
Naknadna-tretmana: pojačano ubrizgavanje peleta (Almenov intenzitet 0,15 A) za uklanjanje zaostalog naprezanja od savijanja rubova.
4. Budući razvojni trendovi i izazovi
Sve veća potražnja za laganim aluminijskim legurama (kao što je serija 7075) i naprednim čelikom visoke -čvrstoće (kao što je DP980) dovela je do povećanja primjena, postavljajući nove izazove za procese poruba i uvijanja:
-Aluminijske legure visoke čvrstoće: granice razvlačenja veće od 500 MPa zahtijevaju razvoj procesa toplinskog kalupljenja (150–250 stupnjeva) kako bi se smanjila otpornost na deformaciju.
Čelici-treće{1}}generacije visoke čvrstoće: samo 10%–15%, zahtijeva hidrauličko oblikovanje u kombinaciji s lokalnim tehnikama zagrijavanja.
Kompoziti: problemi međufaznog povezivanja između različitih materijala moraju se riješiti u bočnom naboru čelične-aluminijske kompozitne ploče.
Zaključak:
Različiti metalni limovi uvelike se razlikuju u procesu savijanja i rubova: aluminijska legura je preferirani materijal za vanjske ploče zbog niske granice razvlačenja i velikog istezanja, ali zahtijeva strogu kontrolu odskoka i udubljenja; nehrđajući čelik zahtijeva nadogradnju podmazivanja i inovacije procesa za rješavanje problema s pucanjem; pocinčani čelični lim zahtijeva ravnotežu debljine premaza i mogućnosti oblikovanja. U budućnosti, s razvojem znanosti o materijalima i tehnologije oblikovanja, proces savijanja i uvijanja više-materijalne karoserije hibridnog automobila postat će vruća tema, što zahtijeva zajedničku inovaciju u dizajnu materijala, optimizaciji kalupa i kontroli procesa.