Analys av effekterna av olika metallplåtar (t.ex. aluminium, rostfritt stål, galvaniserad plåt) på kantvikning och valsningsprestanda

Falsningsprocesserna är kärnprocessen för biltillverkning, tillverkning av hushållsapparater och bearbetning av precisionsmaskiner, vilket direkt påverkar produktens strukturella styrka, tätningsprestanda och ytkvalitet. På grund av skillnader i kristallstruktur, mekaniska egenskaper och ytegenskaper hos olika metalliska material är processegenskaperna uppenbara vid vikning och fransning. Med aluminiumlegering, rostfritt stål och galvaniserad stålplåt som exempel analyseras inverkan av deras materialegenskaper på vik- och lindningsprocessen systematiskt, och optimeringsstrategierna läggs fram enligt det tekniska exemplet.
1. Mekanism av materialegenskaper som påverkar randprocessen
1.1 Kantvikningsegenskaper hos aluminiumlegering
Aluminiumlegeringar (som 6016-serien) har en unik kant i fållen på grund av låg sträckgräns (cirka 140–180 MPa) och hög töjning (större än eller lika med 25 %). Med hjälp av finita elementanalys är materialflödet i deformationszonen enhetligt, den tangentiella dragspänningsfördelningen är mer enhetlig än kolstål i processen att öppna och vända kanterna på 6016 aluminium, vilket effektivt minskar risken för kantsprickor. Till exempel, i vikprocessen för en motorrökgasmotor kan 6016-aluminiumlegering ha en gränssvängfaktor på 0,68, 9,7 % högre än DC04-stålplåtens gränssvarvfaktor (0,62), vilket möjliggör större svänghöjd och mer komplex geometri.
Det höga töjningshärdningsindexet (n-värde) för aluminiumlegering (0,2-0,3) resulterar dock i större återhämtning efter kantvikning än stål. Mätdata från den främre kåpan på elbilen visade att aluminiumkantvecket hade en återfjädringsvinkel på 3,2 grader, 77,8 % högre än samma tjocklek på stålplåt (1,8 grader). För att kontrollera återhämtningen måste följande åtgärder vidtas:
Öka flänsningsradien (rekommenderas r Större än eller lika med 0,5t, t är plåttjockleken).
Optimerad formkompensationskoefficient (K=1.05–1,10).
Genomför sekundär kalibrering.
1.2 Sidovikningsutmaning i rostfritt stål
Austenitiskt rostfritt stål (t.ex. 304) står inför två stora utmaningar vid vikning på grund av sträckgräns Större än eller lika med 205 MPa och relativt låg töjning Större än eller lika med Större än eller lika med 40 %:
Kantsprickor: den höga hållfastheten leder till en koncentration av koncentrerad tangentiell dragspänning i deformationszonen, och kanten på hålet är benägen att få mikrosprickor när vridkoefficienten är mindre än 0,58. En fallstudie från ett köksutrustningsföretag visar att 304 rostfritt stål hade en spricksprickhastighet på 12 12% när det hade en flänshöjd på 8 mm, medan 6016 aluminium hade en sprickhastighet på endast 2% under samma förhållanden.
Arbetshärdning: När n-värdet är 0.3 -0.5 ökar materialets hårdhet med 30 %–50 % bakom kantvikning, vilket kraftigt ökar formslitaget vid formsmidning.
För att lösa problemet med fåll av rostfritt stål inkluderar tekniska metoder vanligtvis:
diametern för det för-stansade hålet ökade med 5 %–8 % för att kompensera för returen.
Flytande kväve användes för att minska materialets strömningsspänning.
Friktionskoefficienten reducerades med nanosmörjmedel (μ Mindre än eller lika med 0,08).
1.3 Processegenskaper hos galvaniserad stålplåt.
Kantvikningsegenskaperna hos galvaniserad stålplåt (t.ex. DC04+ZE) påverkas starkt av beläggningen:
Galvaniserad plåt: Galvaniserad plåt är 5 – 10 μm tjock, med stark vidhäftning mot underlag. I processen med kantvikning deformeras zinkbeläggningen i synk med underlag och är inte lätt att falla av. Hårdheten hos zinkbeläggningen (HV 180-220) är dock högre än för substratet (HV 140-160), vilket resulterar i en koncentration av spänningar vid skarpa hörn när kanterna viks.
Varmförzinkad plåt: Med en beläggningstjocklek på 20–40 μm och relativt dålig plasticitet är zinkbeläggningen benägen att nätverksspricka när flänshöjden överstiger 6 mm. Tester från ett företag inom hushållsmaskiner visar att när fälgarna vänds upp till 8 mm höga, var det termiskt galvaniserade skiktet endast 65 %, endast 65 %, medan det elektrogalvaniserade plåten var 92 % komplett.
Optimeringslösningar inkluderar:
Kontrollera fållhastigheten (mindre än eller lika med 50 mm/s) för att minska beläggningens flagning.
Stegvikningsprocessen antas (formas i två steg).
Öka skalningsvinkeln (1 grad –2 grader) för att minska friktionen.
2. Materialets reaktion under rivning
2.1 Falstryck och materialdeformation
Falstryck är ett viktigt index för materialformbarhet. Baserat på Dynaform-simuleringsdata:
Förvalstrycket i 6016 aluminiumlegering var i genomsnitt 502 N och det slutliga falstrycket är 1 327 N.
Förvalstrycket för DC04 stålplåt var i genomsnitt 860N och det slutliga falstrycket är 1 852 N.
aluminiumlegering kräver 40 %–42 % lägre böjtryck än stål, främst på grund av dess låga elasticitetsmodul (70GPa vs 70GPa). 210 GPa) och ett högt plastiskt-töjningsförhållande (r-värde 1,2: 0,8).
2.2 Vågeffektkontroll
Materialets sträckgräns påverkar direkt ytkvaliteten efter att den krullande. 6016 aluminiumlegeringen har en sträckgräns på 140 MPa och en våghöjd på 0,15 mm efter krusning, vilket är 53 % lägre än våghöjden (0,32 mm) för DC04 stålplåt under samma krökningskraft. Detta gör den idealisk för infällning av ytterpaneler i bilar. Ytjämnheten hos falsade delar av aluminiumlegering kan nå 0,8 μm, vilket uppfyller kraven för A-Klassyta på avancerade-modeller.
2.3 Indragshantering
I krullningsprocessen (indragning) måste mängden material som strömmar in i flänsen vara strikt kontrollerad. 6016 aluminiumlegeringsfördjupningen är 15 %–20 % större än fördjupningen av stålplåt. Om processparametrar inte kontrolleras korrekt kan de leda till:
Ofullständig falsning (frigång > 0,1 mm).
Kantspänningskoncentration (som leder till utmattningssprickor).
Ett bilföretag kontrollerar fördjupningar till inom 0,3 mm genom att:
segmenterad tryckkontroll (initialtryck reducerat med 30%) används för förcurling.
Ökar uppehållslängden (från 2 till 4 ss) under slutlig fållning.
Optimera stansavståndet (1.1t vs.
3. Ingenjörspraktik för materialval och processoptimering
3.1 Fallstudie: Karosseripaneler för fordon
Den nya bilens främre ytterplåt använder 6016 aluminiummaterial för att ersätta det traditionella stålmaterialet, realiserar kvalitetsförbättringar genom följande processinnovationer:
Materialförbehandling: T4 värmebehandling (lösningsbehandling + naturlig åldring) resulterade i en utbytekontroll på 160 MPa och en ökning av töjningen till 28%.
Formdesign: Minskning av friktion och förlängning av matrisens livslängd från 50 000 till 200 000 veckor med DLC-beläggning (hårdhet HV2500).
Processövervakning: Installera trycksensorer (noggrannhet ±1 N), justera curlingkraften i realtid och kontrollera våghöjden i ±0,05 mm intervall.
3.2 Fallstudie: inre foder av rostfritt stål i hushållsapparater
Det avancerade-kylskåpsfodret, tillverkat av 304 rostfritt stål, kan lösa problemet med att kylskåpskanter spricker genom att:
Smörjningsuppgradering: Friktionskoefficienten reduceras från 0,2 till 0,06 med grafen-innehållande nano-smörjmedel.
Processförbättring: med hjälp av ``för-stämpling → kryogen vikning → glödgningsbehandling" tre-stegsprocess för att öka kanthöjden från 6 mm till 10 mm.
Formoptimering: öka stansfilén med flänsradien från 0,3 ton till 0,5 ton och minska sprickhastigheten från 8 % till 0,5 %.
3.3 Fallstudie: Galvaniserad stålplåt för byggnadskonstruktioner
I stålkonstruktionskonstruktionen av varmförzinkad plåt för att tillverka takpannor, löses problemet med avskalning av zinkbeläggningen i processen med väggvikning genom följande åtgärder:
Beläggningskontroll: Minska beläggningstjockleken från 30 mikron till 20 mikron för att balansera korrosionsbeständighet och formning.
Processparametrar: Minskad fållhastighet från 80 mm/s till 40 mm/s och ökad uppehållstid från 1 s till 3 s.
Efter-behandling: Ökade injektionspellets (Almen-intensitet 0,15A) för att avlägsna kvarvarande stress från kantvikning.
4. Framtida utveckling Trender och utmaningar
Den ökande efterfrågan på lätta aluminiumlegeringar (som 7075-serien) och avancerat hög-hållfast stål (som DP980) har lett till ökande tillämpningar, vilket innebär nya utmaningar för fåll- och curlingprocesser:
Hög-hållfasta aluminiumlegeringar: flytgränser på över 500 MPa kräver utveckling av termiska formningsprocesser (150–250 grader) för att minska motståndskraften mot deformation.
Tredje-generationens höghållfasta-stål: endast 10 %–15 %, kräver hydraulisk formning i kombination med lokala uppvärmningstekniker.
Kompositer: Gränssnittsbindningsproblemen mellan olika material måste lösas i sidovecket av stål-aluminiumkompositplåt.
Slutsats:
Olika metallplåtar varierar mycket i processen för vikning och kantning: aluminiumlegering är det föredragna materialet för externa plåtar på grund av låg sträckgräns och hög töjning, men kräver strikt kontroll av studs och fördjupning; rostfritt stål kräver smörjningsuppgraderingar och processinnovationer för att hantera sprickbildning; galvaniserad stålplåt kräver balans mellan beläggningstjocklek och formbarhet. I framtiden, med utvecklingen av materialvetenskap och formningsteknik, kommer viknings- och krullningsprocessen för hybridbilskarosser med flera-material att bli ett hett ämne, vilket kräver samverkande innovationer inom materialdesign, formoptimering och processkontroll.