Analýza účinků různých plechů (např. hliník, nerezová ocel, pozinkovaný plech) na ohýbání hran a válcování

Skládací lemovací procesy jsou základním procesem výroby automobilů, výroby domácích spotřebičů a zpracování přesných strojů, které přímo ovlivňují strukturální pevnost, těsnicí výkon a kvalitu povrchu produktu. Vzhledem k rozdílům v krystalové struktuře, mechanických vlastnostech a povrchových charakteristikách různých kovových materiálů jsou procesní charakteristiky zřejmé v procesu skládání a třásnění. Na příkladu hliníkové slitiny, nerezové oceli a pozinkovaného ocelového plechu je systematicky analyzován vliv jejich materiálových vlastností na proces skládání a navíjení a optimalizační strategie jsou navrženy podle technického příkladu.
1.Mechanismus materiálových charakteristik ovlivňujících okrajový proces
1.1 Charakteristiky ohýbání hran hliníkové slitiny
Slitiny hliníku (jako je řada 6016) mají jedinečnou hranu na lemu díky nízké meze kluzu (přibližně 140–180 MPa) a vysoké tažnosti (Větší nebo rovné 25 %). Pomocí analýzy konečných prvků je tok materiálu v deformační zóně rovnoměrný, distribuce tangenciálního tahového napětí je rovnoměrnější než u oceli z uhlíkové oceli v procesu otevírání a otáčení hran hliníku 6016, což účinně snižuje riziko praskání hran. Například v procesu skládání motorového spalinového motoru může mít hliníková slitina 6016 limitní faktor otáčení 0,68, o 9,7 % vyšší než limitní faktor otáčení ocelového plechu DC04 (0,62), což umožňuje větší výšku otáčení a složitější geometrii.
Vysoký index deformačního zpevnění (hodnota n) hliníkové slitiny (0,2-0,3) však vede k většímu odskoku po ohybu hrany než u oceli. Údaje z měření z předního krytu elektromobilu ukázaly, že přehyb hliníkové hrany měl úhel odpružení 3,2 stupně, což je o 77,8 % více než stejná tloušťka ocelových plechů (1,8 stupně). Pro kontrolu odrazu je třeba přijmout následující opatření:
Zvětšete poloměr zaoblení lemu (doporučeno r Větší nebo rovno 0,5 t, t je tloušťka plechu).
Optimalizovaný koeficient kompenzace zápustky (K=1.05–1,10).
Proveďte sekundární kalibraci.
1.2 Výzva s bočním skládáním z nerezové oceli
Austenitická nerezová ocel (např. 304) čelí dvěma hlavním problémům při ohýbání kvůli meze kluzu větší nebo rovné 205 MPa a relativně nízkému prodloužení Větší nebo rovné Větší než nebo rovné 40 %:
Praskání hrany: vysoká pevnost vede ke koncentraci koncentrovaného tangenciálního tahového napětí v deformační zóně a hrana otvoru je náchylná k mikrotrhlinám, když je součinitel otáčení menší než 0,58. Případová studie od společnosti vyrábějící kuchyňské vybavení ukazuje, že nerezová ocel 304 měla míru praskání 12 12 %, když měla výšku lemu 8 mm, zatímco hliník 6016 měl za stejných podmínek míru praskání pouze 2 %.
Pracovní kalení: Když je n-hodnota 0.3 -0.5, tvrdost materiálu se za ohybem hran zvýší o 30 %–50 %, což výrazně zvyšuje opotřebení formy při zápustkovém kování.
K vyřešení problému lemu z nerezové oceli inženýrské postupy obvykle zahrnují:
průměr předraženého otvoru se zvětšil o 5–8 %, aby se kompenzoval odskok.
Pro snížení průtokového napětí materiálu byl použit kapalný dusík.
Koeficient tření byl snížen nanolubrikantem (μ Menší nebo rovno 0,08).
1.3 Procesní charakteristiky pozinkovaného ocelového plechu.
Vlastnosti ohýbání okrajů pozinkovaného ocelového plechu (např. DC04+ZE) jsou silně ovlivněny povlakem:
Pozinkovaný plech: Pozinkovaný plech má tloušťku 5 – 10 μm, se silnou přilnavostí k podkladu. V procesu ohýbání hran se zinkový povlak deformuje synchronizovaně s podklady a není snadné spadnout. Tvrdost zinkového povlaku (HV 180-220) je však vyšší než tvrdost substrátu (HV 140-160), což má za následek koncentraci napětí v ostrých rozích, když se hrany ohýbají.
Žárově-galvanizovaný plech: S tloušťkou povlaku 20–40 μm a relativně špatnou plasticitou je zinkový povlak náchylný k praskání sítě, když výška olemování přesáhne 6 mm. Testy jedné společnosti vyrábějící domácí spotřebiče ukázaly, že když byly ráfky vysoustruženy do výšky 8 mm, tepelně pozinkovaná vrstva byla pouze z 65 % pouze 65 %, zatímco galvanicky pozinkovaný plech byl dokončen z 92 %.
Optimalizační řešení zahrnují:
Ovládejte rychlost lemu (méně než nebo rovna 50 mm/s), abyste snížili odlupování povlaku.
Je přijat proces krokového skládání (formování ve dvou krocích).
Zvětšete úhel stahování (1 až 2 stupně), abyste snížili tření.
2. Reakce materiálu při trhání
2.1 Lemovací tlak a deformace materiálu
Lemovací tlak je důležitým ukazatelem tvárnosti materiálu. Na základě dat simulace Dynaform:
Předválcovací tlak z hliníkové slitiny 6016 byl v průměru 502 N a konečný lemovací tlak je 1 327 N.
Předválcovací tlak ocelového plechu DC04 je zprůměrován 860N a konečný lemovací tlak je 1 852 N.
hliníková slitina vyžaduje o 40 %–42 % nižší ohybový tlak než ocel, a to především kvůli svému nízkému modulu pružnosti (70 GPa vs 70 GPa). 210 GPa) a vysokému poměru plastických-deformací (hodnota r 1,2: 0,8).
2.2 Ovládání vlnového efektu
Mez kluzu materiálu přímo ovlivňuje kvalitu povrchu po zkroucení. 6016 hliníková slitina má mez kluzu 140 MPa a výšku vlny 0,15 mm po zkroucení, což je o 53 % nižší než výška vlny -(0,32 mm) ocelového plechu DC04 při stejné zvlňovací síle. Díky tomu je ideální pro obložení vnějších panelů automobilů. Drsnost povrchu lemovacích dílů z hliníkové slitiny může dosáhnout 0,8 μm, což splňuje požadavky-povrchu třídy A u špičkových{11}}modelů.
2.3 Správa odsazení
Při procesu zvlnění (vtlačení) musí být množství materiálu proudícího do příruby přísně kontrolováno. 6016 vtisk z hliníkové slitiny je o 15 %–20 % větší než vtisk ocelového plechu. Pokud parametry procesu nejsou správně řízeny, mohou vést k:
Neúplné lemování (vůle > 0,1 mm).
Koncentrace napětí na hraně (vedoucí k únavovým trhlinám).
Automobilová společnost kontroluje prohlubně s přesností 0,3 mm pomocí:
pro předvlnění se používá segmentová regulace tlaku (počáteční tlak snížen o 30 %).
Prodlužuje délku setrvání (z 2 na 4 ss) při konečném lemování.
Optimalizujte světlost matrice (1,1 t vs.
3. Inženýrská praxe výběru materiálu a optimalizace procesu
3.1 Případová studie: Panely karoserie automobilů
Nová vnější deska předního krytu automobilu používá hliníkový materiál 6016, který nahrazuje tradiční ocelový materiál, a přináší zlepšení kvality prostřednictvím následujících inovací procesu:
Předúprava materiálu: Tepelné zpracování T4 (roztoková úprava + přirozené stárnutí) vedlo ke kontrole výtěžnosti 160 MPa a zvýšení tažnosti na 28 %.
Design matrice: Snížení tření a prodloužení životnosti matrice z 50 000 na 200 000 týdnů s povlakem DLC (tvrdost HV2500).
Monitorování procesu: Nainstalujte tlakové senzory (přesnost ±1 N), upravte sílu zvlnění v reálném čase a řiďte výšku vlny v rozsahu ±0,05 mm.
3.2 Případová studie: Nerezová vnitřní vložka domácích spotřebičů
Špičková-podšívka chladničky vyrobená z nerezové oceli 304 může vyřešit problém praskání okrajů chladničky:
Upgrade mazání: Koeficient tření je snížen z 0,2 na 0,06 pomocí grafenového -nano-mazadla.
Zlepšení procesu: pomocí tří-krokového procesu „před-lisování → kryogenní skládání → zpracování žíháním“ se výška hrany zvětší z 6 mm na 10 mm.
Optimalizace zápustky: zvyšte zaoblení poloměru lemování z 0,3 t na 0,5 t a snižte míru trhlin z 8 % na 0,5 %.
3.3 Případová studie: Pozinkovaný ocelový plech pro stavební konstrukce
Při konstrukci ocelových konstrukcí žárově{0}}pozinkovaného plechu pro výrobu střešních tašek se problém odlupování zinkového povlaku v procesu skládání stěn řeší pomocí následujících opatření:
Kontrola povlaku: Snižte tloušťku povlaku z 30 mikronů na 20 mikronů, abyste vyvážili odolnost proti korozi a tvarování.
Parametry procesu: Snížená rychlost lemu z 80 mm/s na 40 mm/s a prodloužená doba prodlevy z 1 s na 3 s.
Po -úpravě: Zvýšené množství injekčních pelet (intenzita Almen 0,15 A) k odstranění zbytkového napětí z ohýbání hran.
4. Budoucí vývojové trendy a výzvy
Rostoucí poptávka po lehkých hliníkových slitinách (jako je řada 7075) a pokročilé-pevnostní oceli (jako je DP980) vedla ke stále většímu využití, což představuje nové výzvy pro procesy lemování a zvlnění:
Slitiny hliníku s vysokou{0}}pevností: mez kluzu vyšší než 500 MPa vyžaduje vyvinutí procesů tepelného lisování (150–250 stupňů), aby se snížila odolnost proti deformaci.
Oceli třetí{0}}generace s vysokou pevností-: pouze 10 %–15 %, vyžaduje hydraulické tváření v kombinaci s technikami místního ohřevu.
Kompozity: Problémy s propojením mezi různými materiály je třeba vyřešit v bočním záhybu ocelové-hliníkové kompozitní desky.
Závěr:
Různé kovové plechy se velmi liší v procesu skládání a lemování: hliníková slitina je preferovaným materiálem pro vnější desky kvůli nízké meze kluzu a vysokému prodloužení, ale vyžaduje přísnou kontrolu odskoku a odsazení; nerezová ocel vyžaduje modernizace mazání a inovace procesu pro řešení praskání; pozinkovaný ocelový plech vyžaduje rovnováhu mezi tloušťkou povlaku a tvarovatelností. V budoucnu, s rozvojem vědy o materiálech a technologie tváření, se proces skládání a kroucení hybridních automobilových karoserií z různých materiálů stane žhavým tématem, které vyžaduje společné inovace v oblasti materiálového designu, optimalizace forem a řízení procesů.