Накратко

Тиксуването на алуминиеви панели представлява уникално инженерно предизвикателство в сравнение с това при стоманата, предимно поради ниския модул на Янг и тесната крива на граница на формоване (FLC) на алуминия. Най-критичните дефекти обикновено се отнасят до три категории: връщане след извиване (размерни отклонения), предизвикани от формоването повреди (пукнатини и гънки) и недостатъци на повърхността (залепване и повърхностни дефекти). Преодоляването на тези проблеми изисква преход от традиционния метод проба-грешка към цифрово моделиране и прецизен контрол на процеса.

За автомобилни приложения, използващи сплави като 6016-T4 , успехът зависи от управлението на еластичното възстановяване на материала и склонността му да се залепя за инструментална стомана. Този наръчник разкрива физическите причини за тези видове повреди и предлага технически решения за откриване, предотвратяване и коригиране на дефекти при тиксуване на алуминиеви панели.

Предизвикателството с алуминия: Физиката зад дефектите

За да решат дефектите при штамповката на алуминиеви панели, инженерите първо трябва да разберат защо алуминият се държи по-иначе в сравнение с мека или високояка стомана. Основната причина за повечето дефекти се крие в две специфични материали свойства: Модул на упругостта и Трибологични .

Алуминият има модул на еластичност (Юнг) приблизително три пъти по-нисък от този на стоманата (приблизително 70 GPa спрямо 210 GPa). Това означава, че при едно и също натоварване алуминият се деформира еластично три пъти повече. Когато налягането при формоването бъде премахнато, материала се опитва да се върне към първоначалната си форма с много по-голяма сила, което води до сериозно връщане след извиване . Ако процесът не вземе предвид това, панелът няма да отговаря на размерните допуски.

Второ, алуминият има висока сцепляемост към инструментална стомана. При топлината и налягането по време на штамповка, оксидният слой на алуминия може да се разруши и да се свърже с повърхността на матрицата — феномен, известен като заледяване . Това натрупване променя незабавно условията на триене, което води до неравномерен поток на материала, пукнатини и повърхностни драскотини.

Категория 1: Дефекти при формоване (пукнатини, разделяния и гънки)

Дефектите при формоване възникват, когато материала не издържи на напрежението – или се раздели (пукване), или сгъне (гънка). Те често се дължат на разположението на държателя на заготовката и дълбочината на изтегляне.

Пукнатини и разделяния

Пукането е деформация от опън, която се появява, когато материала се разтегне извън кривата му на гранично формоване (FLC). При алуминиеви панели това често се случва при малки радиуси или дълбоко изтеглени области, където метала не може да се движи достатъчно бързо.

• Основна причина: Твърде голямо усилие на държателя на заготовката, което попречава на движението на материала, или прекалено остър радиус на изтегляне за дебелината на сплавта (обикновено 0,9 мм до 1,2 мм за каросерни панели).
• Решение: Намалете локално налягането на държателя на заготовката или приложете диференцирано смазване. На етапа на проектиране увеличете радиусите на продукта или използвайте софтуер за симулация (като AutoForm), за да модифицирате добавката и осигурите по-добро подаване на материала.

Завиване

Гофрирането е нестабилност от компресионен тип. Възниква, когато метала се компримира вместо да се разтегля, което води до извиване. Това е често срещано явление в областите на фланеца или където има недостатъчно налягане от държача на заготовката.

• Основна причина: Ниска сила на държача на заготовката или неравни междини в матрицата. Ако материала не се задържа напрегнат, той ще се прегъне върху себе си преди да навлезе в тегловната кухина.
• Решение: Увеличете силата на държача на заготовката или използвайте тягови ребра за ограничаване на потока от материал и създаване на опън. Внимавайте обаче — прекалено голям опън ще преобразува дефекта от гънка в пукнатина.

Категория 2: Дефекти по размери (възврат и усукване)

Размерната точност е може би най-трудният параметър за постигане при алуминиеви панели. За разлика от стоманата, при която детайлът остава предимно там, където е поставен, алуминиевите части значително се "връщат".

Типове възврат

Възвратът се проявява по няколко начина: ъглова промяна (стени, които се отварят), изкривяване на страничната стена (криволинейни стени) и торсионно усукване (цялата част се усуква като витло). Това е от решаващо значение за повърхности от „клас А“, като капаци на мотори и врати, където дори милиметрово отклонение влияе на зазора при сглобяването и подравняването.

Стратегии за компенсация

Не можете просто да „изгладите“ еластичното възстановяване при алуминия. Стандартното решение в индустрията е геометрична компенсация :

1. Преизлишно огъване: Проектиране на матрицата така, че да огъва метала над 90 градуса (например до 93 градуса), за да се върне обратно до желаните 90 градуса след еластичното възстановяване.
2. Симулация на процеса: Използване на КЕП инструменти за прогнозиране на еластичното възстановяване и обработване на повърхнината на матрицата до формата с „компенсация“ (обръщането на очакваната грешка).
3. Операции за повторно формоване: Добавяне на вторична станция за повторно формоване, за да се зададат критични размери и да се фиксира геометрията.

Категория 3: Повърхностни и козметични дефекти (панели клас А)

При външните панели на автомобили качеството на повърхността е от първостепенно значение. Дефектите тук могат да са микроскопични, но след нанасяне на боя стават очевидни.

Повърхностни вдлъбнатини и зеброви линии

Повърхностни вдлъбнатини са локализирани вдлъбнатини, които нарушават отразяването на светлината. Често се появяват около вдлъбнатини за дръжки на врати или характерни линии. Инспекторите за качество визуализират тези дефекти чрез анализ „Зеброва линия“ — проектиране на райета върху панела. Ако райетата се изкривяват, има повърхностна вдлъбнатина.

Тези дефекти обикновено се получават при неравномерно разпределение на напрежението. Ако материала омекне по време на хода и след това рязко се опъне, се създава постоянна повърхностна деформация. Решението включва оптимизиране на разположението на протеглящите ролки за да се осигури постоянно опъване на повърхността на панела през целия ход.

Залепване (Адхезия)

Залепването се проявява като драскотини или издърсквания по повърхността на панела. Причината е прилепването на алуминиеви частици към матрицата, които след това оставят следи върху последващите детайли. За разлика от стоманени отпадъчни частици, оксидът на алуминий е изключително твърд и абразивен.

• Превенция: Използвайте матрици, покрити с PVD (нанасяне чрез физическа парна депозиция) или DLC (диамантоподобен въглерод), за намаляване на триенето.
• Поддържане: Въведете стриктен график за почистване на матриците. След като започне залепването, то бързо се усилва.

Категория 4: Дефекти при рязане и ръбове (направи и люспи)

Алуминият не се пречупва чисто като стоманата; той има тенденция да се размазва. Това води до уникални дефекти по ръба.

Заешки опашки

Направът е остър, издаден ръб по линията на отрязване. Въпреки че е често срещан при всички процеси на штамповане, алуминиевите направи често се причиняват от неправилно разстояние при рязане . Ако зазорът между пробива и матрицата е твърде голям (обикновено >10-12% от дебелината на материала), метала се завърта преди рязането, което води до образуването на голям направ.

Люспи и прах

Особено досаден проблем при штамповането на алуминий е образуването на "рязания" или фини метални прахове. Този прах може да се натрупва в матрицата, причинявайки пъпчета или вдлъбнатини по повърхността на панела. Управлението на този проблем изисква отсмукване на отпадъците и редовно почистване на матриците.

Осъществяване на контрол на процеса и осигуряване на доставки

Предотвратяването на тези дефекти изисква холистичен подход, който комбинира напреднала инженерна практика със стриктна дисциплина на процеса. Започва с Виртуално пробно производство —симулиране на цялата производствена линия, за да се предвиди отслабването, разцепването и остатъчната деформация, преди да бъде отрязан един-единствен блок стомана.

За сложни производствени нужди, сътрудничеството с опитен производител често е най-ефективният път към високо качество. Компании като Shaoyi Metal Technology преодоляват пропастта между прототипирането и серийното производство. Със сертификат IATF 16949 и пресоващи възможности до 600 тона, те са специализирани в управлението на тесните допуски, необходими за прецизни автомобилни компоненти, като по този начин гарантират дефекти като остатъчна деформация и заострени ръбове да бъдат предотвратени още в началото на процеса.

В крайна сметка, постоянното качество идва от контрола върху променливите: поддържане на прецизни нива на смазване, наблюдение на износването на матриците и осигуряване линията за пресоване да бъде свободна от алуминиеви отпадъци.

Заключение

Дефектите при штамповане на алуминиеви панели — от геометричното предизвикателство на остатъчната деформация до козметичните нюанси на повърхностните неравности — са физически проблеми, които могат да бъдат решени. Те не са случайни грешки, а директни последици от ниския модул на материала и неговите трибологични свойства. Като използват компенсация чрез симулации, оптимизация на режещите междини и строго поддържане на хигиената на матриците, производителите могат да постигнат безупречните повърхности от клас "А", изисквани от съвременната автомобилна индустрия.

ЧЗВ

1. Какви са най-честите дефекти при штамповане на алуминий?

Най-честите дефекти са възстановяване на формата (размерна неточност), разделяне (пукване поради ниска формируемост), набръчкване (изкривяване поради ниска устойчивост на компресия) и залепване на материала (адхезия на материала към матрицата). При декоративни панели също са от съществено значение повърхностни провисания и оптични изкривявания (дефекти тип „зебра линии“).

2. Какво е разликата в еластичното възстановяване при алуминий в сравнение със стомана?

Алуминият има модул на Юнг от около 70 GPa, спрямо 210 GPa за стоманата. Това означава, че алуминият е три пъти по-еластичен. След премахване на натоварването при штамповката, алуминиевите панели се възстановяват значително повече от стоманени части, което изисква много по-агресивна геометрична компенсация при проектирането на матрицата, за да се постигне окончателната форма.

3. Какви са причините за повърхностните провисания при алуминиеви панели?

Повърхностните вдлъбнатини обикновено се причиняват от неравномерен поток на материала или внезапно освобождаване на напрежение по време на формоването. Ако метала в центъра на панела не се задържа под постоянно напрежение, докато ръбовете се изтеглят, той може да се отпусне и след това рязко да се върне обратно, което създава локална вдлъбнатина, видима при отразяваща светлина.