RINGKASAN

The proses penempaan automotif aluminium adalah strategi pengurangan berat yang penting yang mengurangkan jisim kenderaan sehingga 40–60% berbanding pembinaan keluli konvensional. Kaedah pembuatan ini melibatkan pengubahan kepingan aloi aluminium—terutamanya 5xxx (Al-Mg) dan 6xxx (Al-Mg-Si) siri—menjadi komponen struktur dan kulit yang kompleks menggunakan tekanan berat ton dan acuan presisi. Namun begitu, aluminium membawa cabaran kejuruteraan unik, termasuk Modulus Kekenyalan hanya satu pertiga daripada keluli, yang menyebabkan springback , dan lapisan oksida abrasif yang memerlukan kemajuan dalam tribologi penyelesaian. Pelaksanaan yang berjaya memerlukan kinematik tekan servos yang khusus, membentuk Hangat teknik, dan pematuhan ketat terhadap garis panduan rekabentuk seperti menghadkan nisbah tarikan (LDR) kepada di bawah 1.6.

Aloi Aluminium Automotif: Siri 5xxx berbanding Siri 6xxx

Memilih aloi yang betul adalah langkah asas dalam proses penempaan automotif aluminium tidak seperti keluli, di mana gred biasanya boleh ditukar ganti dengan pelarasan proses kecil, aloi aluminium mempunyai tingkah laku metalurgi yang berbeza yang menentukan aplikasinya dalam Badan-dalam-Kotak (BiW).

siri 5xxx (Aluminium-Magnesium)
Aloi siri 5xxx, seperti 5052 dan 5083, tidak boleh dirawat dengan haba dan memperoleh kekuatan semata-mata melalui pengerasan regangan (kerja sejuk). Ia menawarkan kemampuan pembentukan yang sangat baik dan rintangan kakisan yang tinggi, menjadikannya sesuai untuk bahagian struktur dalaman yang kompleks, tangki bahan api, dan komponen rangka. Namun begitu, jurutera perlu berhati-hati terhadap "garis Lüders" (regangan peregangan)—tanda permukaan yang tidak menarik yang berlaku semasa luluh. Oleh sebab ini, aloi 5xxx biasanya dikurangkan kepada panel dalaman yang tidak kelihatan di mana estetika permukaan adalah perkara kedua berbanding integriti struktur.

siri 6xxx (Aluminium-Magnesium-Silikon)
Siri 6xxx, termasuk 6061 dan 6063, merupakan piawaian untuk panel permukaan luaran "Kelas A" seperti bonet, pintu, dan bumbung. Aloi ini boleh dirawat haba. Ia biasanya ditekan dalam keadaan T4 (dirawat haba penyelesaian dan tua secara semula jadi) untuk memaksimumkan kemampuan pembentukan, kemudian ditua buatan kepada keadaan T6 semasa kitaran pembakaran cat (pengerasan bakar). Proses ini meningkatkan kekuatan alah secara ketara, memberikan rintangan lekuk yang diperlukan untuk panel kulit luaran. Komprominya adalah julat pembentukan yang lebih ketat berbanding gred 5xxx.

Proses Penekanan: Pembentukan Sejuk vs Panas

Pembentukan aluminium memerlukan perubahan asas dalam pendekatan daripada penekanan keluli. Majalah MetalForming mencatat bahawa aluminium kekuatan sederhana mempunyai keupayaan regangan sekitar 60% daripada keupayaan regangan keluli . Untuk mengatasi ini, pengilang menggunakan dua strategi pemprosesan utama.

Penekanan Sejuk dengan Teknologi Servo

Penempaan sejuk piawai berkesan untuk komponen yang lebih cetek tetapi memerlukan kawalan tepat ke atas kelajuan pelocok. Tekanan servo adalah penting di sini; ia membolehkan pengendali memprogram pergerakan "denyutan" atau "bandul" yang mengurangkan kelajuan hentaman dan membuat jeda pada bahagian bawah rentetan (BDC). Masa jeda ini mengurangkan kesan lompat balik dengan membenarkan bahan berehat sebelum perkakas ditarik balik. Pembentukan sejuk sangat bergantung kepada daya mampatan berbanding regangan tegangan. Satu analogi yang membantu ialah tiub ubat gigi: anda boleh membentuknya dengan memicit (mampatan), tetapi menariknya (tegangan) akan menyebabkan kegagalan serta-merta.

Pembentukan Hangat (Pembentukan Suhu Dinaikkan)

Untuk geometri kompleks di mana kemampuan pembentukan sejuk tidak mencukupi, membentuk Hangat adalah penyelesaian industri. Dengan memanaskan kepingan aluminium kepada suhu yang biasanya antara 200°C dan 350°C, pengilang boleh meningkatkan pemanjangan sehingga 300%. Ini mengurangkan tekanan alir dan membolehkan tarikan yang lebih dalam serta jejari yang lebih tajam yang akan pecah pada suhu bilik. Walau bagaimanapun, pembentukan panas membawa kompleksiti: acuan mesti dipanaskan dan diperabukkan, dan masa kitaran lebih perlahan (10–20 saat) berbanding penempaan sejuk, yang memberi kesan kepada kos-seunit.

Cabaran Utama: Lengkungan Balik & Kecacatan Permukaan

The proses penempaan automotif aluminium ditakrifkan oleh pergolakannya menentang pemulihan elastik dan kecacatan permukaan. Memahami mod kegagalan ini adalah penting untuk rekabentuk proses.

• Keterukan Lengkungan Balik: Aluminium mempunyai Modulus Young kira-kira 70 GPa, berbanding keluli yang mempunyai 210 GPa. Ini bermakna aluminium adalah tiga kali lebih "kenyal", menyebabkan penyimpangan dimensi yang ketara setelah acuan dibuka. Pampasan memerlukan perisian simulasi maju (seperti AutoForm) untuk menambah lekuk pada permukaan acuan serta penggunaan operasi penekanan semula selepas pembentukan bagi mengunci geometri.
• Galling dan Oksida Aluminium: Lembaran aluminium diliputi lapisan oksida aluminium yang keras dan abrasif. Semasa penempaan, oksida ini boleh terlepas dan melekat pada keluli acuan—fenomena yang dikenali sebagai galling. Sisa ini akan menggores komponen seterusnya dan mempercepatkan kerosakan alat.
• Kulit oren: Jika saiz butir lembaran aluminium terlalu kasar, permukaannya boleh menjadi kasar semasa pembentukan, menyerupai kulit oren. Cacat ini tidak dapat diterima bagi permukaan luaran Kelas A dan memerlukan kawalan metalurgi yang ketat daripada pembekal bahan.

Perkakasan & Tribologi: Salutan dan Pelinciran

Untuk mengurangkan kejadian galling dan memastikan kualiti yang konsisten, ekosistem perkakasan mesti dioptimumkan secara khusus untuk aluminium. Keluli perkakas tanpa salutan standard adalah tidak mencukupi. Penembak dan acuan biasanya memerlukan Pelekapan Wap Fizikal (PVD) salutan, seperti Karbon Seperti Berlian (DLC) atau Kromium Nitrida (CrN). Salutan ini memberikan halangan keras dengan geseran rendah yang menghalang oksida aluminium daripada melekat pada keluli perkakas.

Strategi pelinciran juga sama pentingnya. Minyak basah tradisional kerap gagal di bawah tekanan sentuhan tinggi dalam proses penempaan aluminium atau mengganggu proses pengimpalan dan pelekatan berikutnya. Industri telah beralih kepada Pelincir Filem Kering (leburan panas) yang disapu pada gegelung di loji. Pelincir ini berbentuk pepejal pada suhu bilik—meningkatkan kebersihan dan mengurangkan 'kemusnahan akibat cucian'—tetapi mencair di bawah haba dan tekanan pembentukan untuk memberikan pelinciran hidrodinamik yang lebih baik.

Bagi OEM dan pembekal Tier 1 yang berpindah daripada perintis kepada pengeluaran besar-besaran, pengesahan awal strategi perkakasan ini adalah sangat penting. Rakan kongsi seperti Shaoyi Metal Technology mengkhususkan diri dalam menutup jurang ini, menawarkan sokongan kejuruteraan dan keupayaan tonase tinggi (sehingga 600 tan) untuk memperhalusi tribologi dan geometri sebelum pelancaran penuh.

Garispanduan Reka Bentuk untuk Penempaan Aluminium

Jurutera produk perlu melaraskan reka bentuk mereka mengikut had aluminium. Penggantian langsung geometri keluli akan menyebabkan kebarangkalian pecah atau berkedut. Heuristik berikut diterima secara meluas untuk memastikan kebolehdiperbuatannya:

Selain itu, pereka harus menggunakan ciri "addendum"—geometri yang ditambah di luar garisan bahagian akhir—untuk mengawal aliran bahan. Manik tarikan dan manik kunci adalah penting untuk menahan logam dan meregangkannya dengan secukupnya bagi mengelakkan keredakan, terutamanya di kawasan kelengkungan rendah seperti panel pintu.

Kesimpulan

Menguasai proses penempaan automotif aluminium memerlukan gabungan metalurgi, simulasi maju, dan tribologi yang tepat. Walaupun peralihan daripada keluli memerlukan lingkungan proses yang lebih ketat dan pelaburan perkakas yang lebih tinggi, hasilnya dalam pengurangan berat kenderaan dan kecekapan bahan api tidak dapat dinafikan. Dengan menghormati sifat unik aloi 5xxx dan 6xxx—khususnya modulus yang lebih rendah dan nisbah tarikan terhad—pengilang boleh menghasilkan komponen berkualiti tinggi yang memenuhi piawaian ketat industri automotif moden.

Soalan Lazim

1. Apakah perbezaan antara penempaan aluminium sejuk dan panas?

Penempaan sejuk dilakukan pada suhu bilik dan menggunakan kinematik penekan servos untuk mengawal aliran bahan, sesuai untuk komponen yang lebih mudah. Penempaan suam melibatkan pemanasan bendalan aluminium kepada 200°C–350°C, yang meningkatkan pemanjangan bahan sehingga 300%, membolehkan pembentukan geometri kompleks yang akan retak di bawah keadaan penempaan sejuk.

2. Mengapa springback lebih teruk dalam aluminium berbanding keluli?

Springback dikawal oleh Modulus Young bahan (kekakuan). Aluminium mempunyai Modulus Young kira-kira 70 GPa, iaitu kira-kira satu pertiga daripada keluli (210 GPa). Kekakuan yang lebih rendah ini menyebabkan aluminium pulih secara elastik (spring back) dengan ketara apabila tekanan pembentukan dilepaskan, memerlukan strategi pampasan acuan yang maju.

3. Bolehkah acuan penempaan keluli piawai digunakan untuk aluminium?

Tidak. Acuan stamping aluminium memerlukan jarak bebas yang berbeza (biasanya 10–15% daripada ketebalan bahan) dan jejari yang jauh lebih besar (8–10x ketebalan) untuk mengelakkan retak. Selain itu, perkakasan untuk aluminium kerap memerlukan salutan khas DLC (Diamond-Like Carbon) untuk mencegah kelekatan yang disebabkan oleh lapisan oksida abrasif pada aluminium.

4. Apakah "Nisbah Lukisan Terhad" untuk aluminium?

Nisbah Lukisan Terhad (LDR) untuk aloi aluminium biasanya sekitar 1.6, bermaksud diameter blank tidak boleh melebihi 1.6 kali diameter penumbuk dalam satu lukisan tunggal. Ini jauh lebih rendah berbanding keluli, yang boleh menahan LDR sehingga 2.0 atau lebih tinggi, maka memerlukan rekabentuk proses yang lebih berhati-hati atau beberapa langkah lukisan bagi aluminium.