ҚЫСҚАША

Берілген алюминий автомобиль тегістеу процесі дәстүрлі болат конструкцияға қарағанда көлік массасын 40–60% дейін азайтатын маңызды жеңілдету стратегиясы болып табылады. Бұл жасау әдісі — негізінен 5xxx (Al-Mg) және 6xxx (Al-Mg-Si) сериясы — алюминий құймасының парақтарын жоғары тоннажды престер мен дәлме-дәл матрицаларды қолдана отырып күрделі конструктивті және сыртқы бөлшектерге айналдыруда жатыр. Дегенмен, алюминий құрамына қатысты инженерлік мәселелер туындайды, мысалы оның болаттың үштен бірін құрайтын Юнг модулі қаттылығы төмен болуы салдарынан пайда болатын маңызды серпімді қалпына келу , сонымен қатар қосымша трибологиялық трибология шешімдерін талап ететін үйкеліске төзімді тотық қабаты. Сәтті орындау үшін арнайы сервопресс кинематикасы қажет жылықтық формалау техникасы және созу қатынастарын (LDR) 1,6-дан төмен болатындай етіп шектеу сияқты дизайн нұсқауларына қатаң бағыну.

Автокөліктердегі алюминий қорытпалары: 5xxx және 6xxx сериялары

Дұрыс қорытпаны таңдау — оның негізгі қадамы алюминий автомобиль тегістеу процесі болаттан айырмашылығы, ондағы маркаларды жиі ғана процестің шағын реттеулерімен ауыстыруға болады, алюминий қорытпалары Кузов-монокок (BiW) қолданыстағы олардың қолданылуын анықтайтын өзгеше металлургиялық қасиеттерге ие.

5xxx сериясы (Алюминий-магний)
5052 және 5083 сияқты 5xxx сериялы қорытпалар жылумен өңдеуге жатпайды және тек пластикалық деформация (суық тарту) арқылы беріктік алады. Олар күрделі ішкі конструкциялық бөлшектер, отын шелектері мен шасси компоненттері үшін құрылымдық беріктіктен гөрі сыртқы түрге баса назар аударылмайтын жерлерге идеалды нұсқа болып табылатын өте жақсы пішінделу қабілеті мен жоғары коррозияға төзімділігін ұсынады. Дегенмен, инженерлер «Людер сызықтары» (созылу деформациялары) — материал серпілген кезде пайда болатын бетіндегі әдемі емес белгілерге назар аударуы керек. Осы себепті 5xxx қорытпалары көбінесе бетінің эстетикасы құрылымдық беріктіктен кейін тұратын көзге көрінбейтін ішкі панельдерге шектеледі.

6xxx Сериясы (Алюминий-Магний-Кремний)
6xxx сериясы, 6061 және 6063-ті қоса алғанда, капоттар, есіктер мен шатырлар сияқты сыртқы «Class A» бетінің панельдері үшін стандарт болып табылады. Бұл қорытпалар жылумен өңдеуге жатады. Олардың пішін беру қабілетін максималдандыру үшін, әдетте, Т4 темперінде (ерітіндіден жылумен өңдеу және табиғи жылжыту) штамптау жасалады, одан кейін бояу пеші циклы кезінде (пеште қатайту) Т6 темперіне дейін жасанды жолмен жылжытылады. Бұл процесстің нәтижесінде ақауларға төзімділік қажетті сыртқы қабықшалар үшін пластикалық беріктік әлдеқайда артады. Айырбастау ретінде 5xxx сыныбына қарағанда қатаңырақ пішін беру терезесі болады.

Штамптау процесі: суық пен жылы пісіру

Алюминийді пішіндеу болат штамптаудан түбегейлі өзгеше ойлау тәсілін талап етеді. MetalForming журналы орташа беріктіктегі алюминийдің созылу қабілеті болаттың 60% шамасын құрайды . Бұл мәселені шешу үшін өндірушілер екі негізгі технологиялық стратегияны қолданады.

Серво технологиясымен суық штамптау

Стандарттық суық штамптау жеткілікті терең емес бөлшектер үшін тиімді, бірақ поршень жылдамдығын дәл бақылауды талап етеді. Мұнда сервопрессерлер маңызды рөл атқарады; операторлар соққы жылдамдығын төмендетуге және жүрістің төменгі нүктесінде (BDC) тоқтауға мүмкіндік беретін «импульс» немесе «аяқталым» қозғалысын бағдарламалауға мүмкіндік алады. Бұл тоқтау уақыты материалдың құрал-жабдықтар шегілгенше босаңсуына мүмкіндік беріп, серпімді оралу құбылысын азайтады. Суық пішіндеу созылу кернеуіне қарағанда қысу күштеріне негізделеді. Түсінікті мысал ретінде тіс пастасының түтігін келтіруге болады: сіз оны сығу арқылы (қысу) пішіндей аласыз, ал тарту (созылу) оны дер кезінде сындырады.

Жылы пішіндеу (жоғарылатылған температурада пішіндеу)

Суық пішіндеуге жеткіліксіз болатын күрделі геометриялар үшін, жылықтық формалау бұл өнеркәсіптік шешім. Әдетте 200°C мен 350°C аралығындағы температураға дейін салмақты жылыту арқылы өндірушілер созылу көрсеткішін 300%-ға дейін арттыра алады. Бұл ағу қысымын төмендетеді және оның нәтижесінде бөлшектердің бөлшек басына шығарылу құнына әсер ететін, қалыпты температурада жарылып кететін терең тартулар мен сүйір радиустарды мүмкіндігінше орындауға мүмкіндік береді. Дегенмен, жылы формалау күрделілікті енгізеді: матрицаларды жылыту және изоляциялау қажет, ал цикл уақыты суық тегістеуге қарағанда баяуырақ (10–20 секунд).

Негізгі қиыншылықтар: серпімді қайту және бетіндегі ақаулар

Берілген алюминий автомобиль тегістеу процесі оның серпімді қалпына келуіне және бетіндегі кемшіліктерге қарсы күресі арқылы анықталады. Осындай істен шығу түрлерін түсіну процесті жобалау үшін маңызды.

• Серпімді қайтудың ауырлығы: Алюминийдің Юнг модулі шамамен 70 ГПа, болаттікімен салыстырғанда — 210 ГПа. Бұл алюминийдің серпімділігі үш есе жоғары екенін білдіреді, осыдан матрицаның ашылуынан кейін өлшемдерде айтарлықтай ауытқулар пайда болады. Түзету үшін матрица беттерін алдын ала иілуі үшін күрделі симуляциялық бағдарламаларды (мысалы, AutoForm) және геометрияны бекіту үшін пішіндеуден кейінгі қайталап соғу операцияларын қолдану қажет.
• Жабысу және алюминий тотығы: Алюминий жапырақтары қатты, үйкеліске төзімді алюминий тотығы қабатымен жабылған. Созбаның кезінде бұл тотық бөлініп, құрал болатына жабысып қалуы мүмкін — бұл құбылыс жабысу деп аталады. Бұл жиналу келесі бөлшектердің бетін сызып, құралдың қызмет ету мерзімін тез қысқартады.
• Апельсин терісі: Егер алюминий жапырақтың дән өлшемі тым үлкен болса, пішіндеу кезінде беті тегіс емес болуы мүмкін, алмұрт терісіне ұқсайды. Бұл ақау A класының сыртқы беттері үшін қабылданбайды және материалдық жеткізушіден қатаң металлургиялық бақылау талап етеді.

Құрал-жабдық пен үйкеліс физикасы: Қаптамалар мен майлау

Жыланқылықты азайту және тұрақты сапаны қамтамасыз ету үшін құрал-жабдық экожүйесі алюминийге бейімделуі тиіс. Стандартты қапталмаған құрал болаттары жеткіліксіз. Қалыптауыштар мен матрицалар әдетте Физикалық булы шөгінді (PVD) қаптамаларды, мысалы Diamond-Like Carbon (DLC) немесе хром нитриді (CrN) талап етеді. Бұл қаптамалар алюминий тотығының құрал болатына жабысып қалуын болдырмау үшін қатты, үйкелісі төмен кедергі болып табылады.

Майлау стратегиясы да осындай маңызды. Дәстүрлі сұйық майлар жиі алюминийді қалыптау кезіндегі жоғары контактілік қысымдарда қолданылмайды немесе одан әрі пайдаланылатын пісіру мен желімдеуге кедергі жасайды. Өнеркәсіп шойын кәсіпорнында рулондарға пайдаланылатын Құрғақ пленкалы майлағыш заттарға (қыздырылған балқымалар). Бұл майлағыш заттар бөлме температурасында қатты күйде болады — тазалықты жақсартады және «жуылып кетуін» азайтады — бірақ пісіру кезіндегі жылу мен қысым астында сұйық күйге өтіп, гидродинамикалық майлаудың жоғары деңгейін қамтамасыз етеді.

Тапсырыс берушілер мен 1-ші деңгейлі жеткізушілер үшін прототиптен массалық өндіруге өту кезінде осы құрал-жабдық стратегияларын алдын ала тексеру маңызды. Мұндай серіктестер: Shaoyi Metal Technology бұл саңылауды жабуға арналған инженерлік қолдау мен жоғары тоннажды мүмкіндіктерді (600 тоннаға дейін) ұсынуға маманданады, ол толық көлемді іске қосудан бұрын трибология мен геометрияны жетілдіреді.

Алюминийді штамптау бойынша конструкторлық нұсқаулық

Өнім инженерлері өз дизайндарын алюминийдің шектеулеріне бейімдеуі тиіс. Болат геометриясын тікелей ауыстыру ықтимал түрде жарылуға немесе бұзылуға әкеледі. Шығарылымдылықты қамтамасыз ету үшін келесі эвристикалық ережелер кеңінен қабылданған:

Сонымен қатар, конструкторлар финалдық бөлшек сызығының сыртында орналасқан «дополнительный элемент» — материал ағынын реттеуге арналған геометриялық элементтерді пайдалануы керек. Созылуы жеткіліксіз болып, бүктенулердің пайда болуын болдырмау үшін, әсіресе есік панельдері сияқты иілуі аз аймақтарда, металлды бекіту және жеткілікті дәрежеде созу үшін тарту және блоктау тостағандары маңызды рөл атқарады.

Қорытынды

Кеңейтудің алюминий автомобиль тегістеу процесі бұл 5xxx және 6xxx қорытпаларының — нақтырақ айтқанда, олардың төмен модулі мен шектеулі тарту қатынастарының — өзіндік қасиеттерін ескере отырып, заманауи автомобиль өнеркәсібінің қатаң талаптарына сай келетін жоғары беріктіктегі бөлшектерді өндіруге мүмкіндік береді. Металлография, алдын-ала модельдеу және дәл трибологияның үйлесімін талап етеді. Болаттан шығу процесі қатаң технологиялық режимдер мен құрал-жабдықтарға көбірек инвестицияны талап етсе де, автомобильдің жеңілдетілуі мен отынның тиімді пайдаланылуы жағынан тиімділігі теріске шығарылмайды.

Жиі қойылатын сұрақтар

1. Суық және жылы алюминий штампылау арасындағы айырмашылық неде?

Суық тегістеу бөлме температурасында жүргізіледі және материал ағынын басқару үшін сервопресс кинематикасын қолданады, қарапайым бөлшектерге сәйкес келеді. Жылы тегістеу кезінде алюминий заготовкасын 200°C–350°C-қа дейін қыздырады, бұл материалдың созылуын 300%-ға дейін арттырады және суық пішіндеу кезінде жарылуы мүмкін күрделі геометриялардың пішінделуіне мүмкіндік береді.

2. Алюминийде серпімді оралу болатқа қарағанда неге нашарлау?

Серпімді оралу материалдың Юнг модуліне (қаттылық) байланысты. Алюминийдің Юнг модулі шамамен 70 ГПа, бұл болаттың модуліне (210 ГПа) қарағанда шамамен үштен бірін құрайды. Бұл төмен қаттылық пішіндеу қысымын азайтқан кезде алюминийдің серпімді оралуына (серпімді оралу) ә существенно әсер етеді, соның ішінде алдын ала қалып компенсациясының күрделі стратегияларын қажет етеді.

3. Стандартты болат тегістеу қалыптарын алюминий үшін қолдануға бола ма?

Жоқ. Алюминийден өңдеу үшін матадан тыс айырмашылықтар (әдетте материал қалыңдығының 10–15%) және трещинаны болдырмау үшін әлдеқайда үлкен радиустар (қалыңдықтан 8–10 есе) қажет. Сонымен қатар, алюминий үшін құрал-жабдықтар көбінесе алюминийдің абразивті тотық қабаты салдарынан пайда болатын бітелуді болдырмау үшін арнайы DLC (Diamond-Like Carbon) қаптамаларын талап етеді.

4. Алюминий үшін «Шектік Созылу Қатынасы» деген не?

Алюминий қорытпалары үшін Шектік Созылу Қатынасы (LDR) әдетте шамамен 1,6-ға тең, яғни бір созылу кезінде фланец диаметрі пуансон диаметрінен 1,6 еседен аспауы керек. Бұл болатқа қарағанда әлдеқайда төмен, ол 2,0 немесе одан жоғары LDR-ге шыдай алады, сондықтан алюминий үшін әлдеқайда ұқыпты процесс жобалау немесе көп сатылы созылу қадамдары қажет.