TRUMPAI

The aliuminio automobilių štampavimo procesas yra svarbi veiksmingumo didinimo strategija, kuri sumažina transporto priemonės masę iki 40–60 % lyginant su tradicine plienine konstrukcija. Šis gamybos metodas apima aliuminio lydinių lakštus – daugiausia 5xxx (Al-Mg) ir 6xxx (Al-Mg-Si) serijos – kurie paverčiami į sudėtingus konstrukcinius ir apvalkalinius komponentus naudojant aukštos apkrovos presus ir tikslumines formas. Tačiau aliuminis sukelia unikalias inžinerines problemas, įskaitant Jungo modulis tik trečdalį plieno standumo, kas lemia reikšmingą grįžtis , ir abrazyvų oksidinį sluoksnį, kuriam reikalingos pažangios tribologijos sprendimai. Sėkmingai įgyvendinti reikia specializuotų servo presų kinematikos, tolimesnis Formavimas technikos ir griežtas projektavimo reikalavimų laikymasis, pvz., ištraukimo santykio (LDR) apribojimas iki 1,6.

Automobilių aliuminio lydiniai: 5xxx ir 6xxx serijos

Teisingo lydinio pasirinkimas yra pagrindinis žingsnis aliuminio automobilių štampavimo procesas skirtingai nei plienas, kurio rūšys dažnai keičiamos su nedideliais procesų koregavimais, aliuminio lydiniai turi skirtingus metalurginius elgesius, kurie nulemia jų naudojimą kėbulo konstrukcijoje (BiW).

5xxx serija (aliuminis-magnis)
5xxx serijos lydiniai, tokie kaip 5052 ir 5083, negalima kietinti šiluminiu būdu ir jų stiprumas didėja tik deformuojant (šaltuoju apdirbant). Jie pasižymi puikiu formuojamumu bei aukštu atsparumu korozijai, todėl yra puikus pasirinkimas sudėtingoms vidinėms konstrukcinėms detalėms, kuro bakams ir važiuoklės komponentams. Tačiau inžinieriai turi saugotis „Liderso linijų“ (tempties įtempimų) – nepatrauklaus išvaizdos paviršiaus žymių, atsirandančių tempti. Dėl šios priežasties 5xxx serijos lydiniai dažniausiai naudojami ne matomose vidinėse plokštėse, kur paviršiaus išvaizda yra antraeilė lyginant su konstrukciniais reikalavimais.

6xxx serija (aliuminis-magnis-silicis)
6xxx serija, įskaitant 6061 ir 6063, yra standartas išoriniams „A klasės“ paviršiaus panelių tipams, tokiems kaip dangčiai, durelės ir stogai. Šios lydinio rūšys yra termiškai apdorojamos. Paprastai jos formuojamos T4 būsenoje (tirpalo karščiui atspari ir natūraliai seninama), kad būtų maksimaliai padidinta formuojamumas, vėliau dirbtinai seninama iki T6 būsenos dažymo krosnyje (krosnelės sukietinimas). Šis procesas žymiai padidina takumo stiprumą, suteikdamas reikiamą įgilinimų atsparumą išorinėms apvalkalo plokštėms. Kompromisas – siauresnis formavimo langas lyginant su 5xxx klasėmis.

Stampavimo procesas: šaltas prieš šilumą

Aliuminio formavimas reikalauja esminio požiūrio pasikeitimo lyginant su plieno stampavimu. Leidinys MetalForming Magazine pažymi, kad vidutinio stiprumo aliuminis turi maždaug 60 % plieno tempties gebos . Tam įveikti gamintojai taiko du pagrindinius apdorojimo būdus.

Šaltasis stampavimas su servo technologija

Standartinis šaltas štampavimas veiksmingas negiliems detaliams, tačiau reikalauja tikslaus valdymo stūmoklio greitį. Čia būtini servospaudai; jie leidžia operatoriams programuoti „impulsinį“ arba „svyravimo“ judesius, kurie sumažina smūgio greitį ir uždelsia judėjimą žemiausioje eigos vietoje (BDC). Šis uždelsimas sumažina atsitraukimą, leisdamas medžiagai atsipalaiduoti prieš ištraukiant įrankį. Šaltasis formavimas labiau remiasi suspaudimo jėgomis, o ne temptimi. Naudinga analogija – dantų pastos tūbelė: galite ją formuoti spaudžiant (suspaudimas), tačiau traukiant (tempiama) ji tuoj pat sugenda.

Šiltojo formavimo (padidinto temperatūros formavimo)

Sudėtingoms geometrijoms, kai šaltojo formavimo pakankamumo nepakanka, tolimesnis Formavimas yra pramonės sprendimas. Šildant aliuminio заготовку iki temperatūrų, paprastai svyrujančių nuo 200 °C iki 350 °C, gamintojai gali padidinti ilgėjimą iki 300 %. Tai sumažina takumo įtampą ir leidžia gilinesnius ištraukimus bei aštresnius kampus, kurie kambario temperatūroje suskiltų. Tačiau šiltas formavimas sukelia sudėtingumų: formos turi būti pašildomos ir izoliuotos, o ciklo trukmė yra ilgesnė (10–20 sekundžių) lyginant su šaltuoju žymėjimu, kas veikia vieneto savikainą.

Pagrindiniai iššūkiai: atsitraukimas ir paviršiaus defektai

The aliuminio automobilių štampavimo procesas apibrėžiamas kaip kova su tamprumu atsigaunančiu elastingumu ir paviršiaus netobulumais. Šių gedimų priežasčių supratimas yra būtinas procesų projektavimui.

• Atsitraukimo stiprumas: Aliuminis turi Jungo modulį, kurio dydis apie 70 GPa, palyginti su plieno 210 GPa. Tai reiškia, kad aliuminis yra tris kartus labiau „tamprus“, todėl atsiranda dideli matmenų nuokrypiai po išstūmimo formos atsidarius. Kompensavimui reikalinga sudėtinga simuliacinė programinė įranga (pvz., AutoForm), kad būtų galima perdidinti formos paviršius, taip pat naudoti po formavimo perkalimo operacijas, siekiant užfiksuoti geometriją.
• Įbrėžimai ir aliuminio oksidas: Aliuminio lakštai dengti kietu, abrazyviniu aliuminio oksido sluoksniu. Per presavimą šis oksidas gali atskilti ir prilipti prie įrankio plieno – reiškinys, vadinamas įbrėžimais. Šis kaupimasis brūkšnoja vėlesnes dalis ir greitai sumažina įrankio tarnavimo laiką.
• Apelsinų žievelė: Jei aliuminio lakšto grūdelių dydis per didelis, formuojant paviršius gali pasidaryti nelygus, primenantis apelsino odą. Šis defektas nepriimtinas klasės A išoriniams paviršiams ir reikalauja griežtos metalurginės kontrolės iš medžiagos tiekėjo.

Įrankiai ir tribologija: dangos ir tepimas

Norint sumažinti įbrėžimus ir užtikrinti nuoseklią kokybę, įrankių sistema turi būti optimizuota specialiai aliuminiui. Standartiniai neapdengti įrankių plienai yra nepakankami. Skybučiai ir formos paprastai reikalauja Fizinis garų nusodinimas (PVD) dangų, tokių kaip Diamond-Like Carbon (DLC) ar Chromo nitridas (CrN). Šios dangos sukuria tvirtą, mažo trinties barjerą, kuris neleidžia aliuminio oksidui prilipti prie įrankių plieno.

Teršalų strategija yra vienodai svarbi. Tradiciniai tepalai dažnai nepajėgia atlaikyti didelio kontaktinio slėgio aliuminio lyginant arba trukdo vėlesniam suvirinimui ir klijavimui. Pramonė pasislinko link Sausiųjų plėvelių tepalų (karštojo tirpalo), taikomų ritėms gamykloje. Šie tepalai kambario temperatūroje yra kieti – tai pagerina valymą ir sumažina „nuplovimo“ riziką – tačiau formavimo metu šilumos ir slėgio sąlygomis skystėja, užtikrindami puikią hidrodinaminę tepimą.

Gamintojams ir T1 tiekėjams, kurie planuoja pereiti nuo prototipų kūrimo prie masinės gamybos, labai svarbu anksti patvirtinti šias įrankių strategijas. Tokių partnerių kaip Shaoyi Metal Technology specializuojamės šioje srityje, teikdami inžinerinę palaikymo paslaugą ir didelės keliamosios galios (iki 600 tonų) galimybes, kad patobulintume tribologiją ir geometriją prieš pradedant masinę gamybą.

Projektavimo gairės aliuminio štampavimui

Gaminių inžinieriai turi prisitaikyti prie aliuminio apribojimų. Plieno geometrijos tiesioginis pakeitimas tikriausiai sukels plyšius ar raukšles. Žemiau pateikiami dažniausiai naudojami principai, užtikrinantys gamybos įgyvendinamumą:

Be to, konstruktoriams reikėtų naudoti „priedo“ elementus – geometriją, pridėtą už galutinės detalės kontūro – siekiant valdyti medžiagos tekėjimą. Ištraukos ir fiksavimo juostos yra būtinos metalui suvaržyti ir tinkamai ištempti, kad būtų išvengta raukšlių, ypač žemo kreivumo vietose, pvz., duryse.

Išvada

Valdymas aliuminio automobilių štampavimo procesas reikalauja metalurgijos, pažangios simuliacijos ir tikslaus tribologijos susiejimo. Nors pereinant nuo plieno reikia griežtesnių technologinių režimų ir didesnių įrankių investicijų, nauda dėl transporto priemonės svorio sumažėjimo ir kurso efektyvumo yra neabejotina. Gerbdami 5xxx ir 6xxx lydinių unikalias savybes – konkretikai jų mažesnį tamprumo modulį ir ribojančius ištempimo santykius – gamintojai gali gaminti aukštos vientisumo kokybės komponentus, atitinkančius šiuolaikinės automobilių pramonės griežtus standartus.

Dažniausiai užduodami klausimai

1. Kuo skiriasi šaltas ir šiltas aliuminio žymėjimas?

Šaltas žymėjimas atliekamas kambario temperatūroje ir naudoja servospaudos kinematiką medžiagos srautui valdyti, tinka paprastesnėms detalėms. Šiltas žymėjimas apima aliuminio заготовkos kaitinimą iki 200°C–350°C, dėl ko medžiagos pratęsimo geba padidėja iki 300 %, leidžiant formuoti sudėtingas geometrijas, kurios šaltojo formavimo sąlygomis suskiltų.

2. Kodėl aliuminyje labiau pasireiškia tamprusis grįžtamas deformacijos poveikis nei plienoje?

Tamprusis grįžtamas deformacijos poveikis priklauso nuo medžiagos Jungo modulio (standumo). Aliuminio Jungo modulis yra apie 70 GPa, kas maždaug tris kartus mažiau nei plieno (210 GPa). Šis žemesnis standumas sukelia žymiai didesnį aliuminio tampriąjį atsitraukimą (tamprųjį grįžtamąjį poveikį) pašalinus formavimo slėgį, todėl reikalingos pažangios įrankių kompensavimo strategijos.

3. Ar galima naudoti standartinius plieno žymėjimo įrankius aliuminiui?

Ne. Aliuminio lyginimo formos reikalauja kitokių tarpų (paprastai 10–15 % nuo medžiagos storio) ir žymiai didesnių spindulių (8–10 kartų storis), kad būtų išvengta įtrūkimų. Be to, įrankiai aliuminiui dažnai reikalauja specialių DLC (deimantą primenančio anglies) denginių, kad būtų išvengta griovelių dėl aliuminio abrazyvinio oksido sluoksnio.

4. Koks yra „ribinis ištempimo santykis“ aliuminiui?

Ribinis ištempimo santykis (LDR) aliuminio lydalams paprastai yra apie 1,6, tai reiškia, kad заготовкės skersmuo viename etape neturėtų viršyti 1,6 karto įspaudimo skersmens. Tai yra žymiai mažiau nei plienas, kuris gali išlaikyti LDR 2,0 arba didesnį, todėl aliuminiui reikia atsargesnių technologijų projektavimo arba kelis ištempimo etapus.