Kompletní průvodce procesy lisování hliníkových kovů
Obsah
Samotným základem přesné výroby je schopnost přeměnit suroviny na kovy. plech na funkční části. Mezi různé výrobní metody patří, lisování hliníku je dnes v oblasti strojírenství pravděpodobně nejviditelnější. Pracuje na principu tváření kovů pomocí lisu s vysokou tonáží a sady nástrojů a matric určených pro práci s hliníkovými slitinami. Tuto metodu volí výrobci pro čas, spolehlivost a nízké jednotkové náklady při velkém objemu výroby, které může přinést.
Vědci a technologové, kteří kombinují studium materiálů a inženýrství, mají oblíbený kov, hliník, který díky svému atomovému složení nabízí nejvyšší poměr pevnosti a hmotnosti. Zcela jinak je tomu v případě, že si jako typický železný materiál představíme ocel. Metalurgie, tribologie a aspekty plastické deformace budou klíčovými faktory, pokud jde o proces, který zahrnuje lisování kusu hliníku. Cílem tohoto článku je projít faktory, které ovlivňují výkonnost procesu lisování hliníkového kovu. Seznam problémů bude zahrnovat i výběr slitin, provozní metody, mechanismy nástrojů a techniky řešení problémů, se kterými se nejčastěji setkáváme.
Věda o výběru slitin
Úspěch v lisování hliníku skutečně začíná na molekulární úrovni. Různé formy hliníku mají různé použití.
Je nezbytné zvolit správnou řadu slitin v závislosti na požadovaných mechanických vlastnostech. Čistý hliník je velmi měkký, a proto postrádá pevnost ve smyku, která je pro konstrukční součásti nezbytná. Proto dodavatelé mimo jiné přidávají legující prvky, jako je hořčík, křemík nebo měď, aby změnili strukturu zrn a zlepšili vlastnosti kovu.
Konstruktéři tyto slitiny rozdělují podle řad. Výběr určuje tvarovatelnost materiálu, svařitelnost a odolnost proti korozi.
Tabulka 1: Srovnávací analýza hliníkových slitin pro lisování
| Alloy Series | Primární legující prvek | Klíčové vlastnosti | Typické aplikace lisování |
|---|---|---|---|
| 1xxx | Čistý hliník (99%+) | Vysoká tažnost, vynikající odolnost proti korozi, vysoká elektrická vodivost. Nízká mechanická pevnost. | Elektrické přípojnice, chemická zařízení, dekorativní obložení. |
| 3xxx | Manganese | Střední pevnost (20% silnější než 1xxx), dobrá zpracovatelnost. Není tepelně zpracovatelný. | Nádobí na vaření, výměníky tepla, skladovací nádrže. |
| 5xxx | Magnesium | Vysoká pevnost, mimořádná odolnost proti korozi (mořské prostředí). Rychle tvrdne při zpracování za studena. | Automobilové panely, lodní kování, palivové nádrže. |
| 6xxx | Hořčík a křemík | Tepelně zpracovatelné, vysoká strukturální pevnost, vynikající tvářitelnost. Nejuniverzálnější řada. | Automobilové podvozky, architektonické komponenty, letecké rámy. |
| 7xxx | Zinc | Nejvyšší pevnost (srovnatelná s ocelí). Obtížně se lisuje kvůli nízké tažnosti. | Letecké konstrukční součásti, vysoce namáhané převody. |
Měli byste také vzít v úvahu označení temperamentu. Temperace označuje stupeň tvrdosti a pružnosti kovu.
- O-Temper: Měkké, žíhané a snadno tažné. Ideální pro hluboké tažení.
- H-Temper: Studený, do jisté míry fungoval. Výsledkem je tužší materiál s nižší tvářitelností.
- T-Temper: Tepelně zpracované. Poskytuje materiálu nejvyšší úroveň pevnosti.
Technické výhody lisovaného hliníku
Proč průmysl stále mění materiály z oceli na hliník? Hlavním vysvětlením je skutečnost, že jde o fyziku a chemii.
Vysoký poměr pevnosti k hmotnosti
Hliník má přibližně třetinovou hustotu oproti oceli. Pevnost v tahu špičkových slitin se však může rovnat pevnosti konstrukční oceli. Takové snížení hmotnosti je zásadní pro energetickou účinnost v dopravních prostředcích a leteckém průmyslu.
Přírodní pasivace
Hliník je prvek, který okamžitě reaguje se vzdušným kyslíkem. To způsobuje, že se na povrchu kovu vytvoří velmi tenká, houževnatá vrstva oxidu hlinitého. Tato vrstva izoluje kov pod ní a zabraňuje tak dalšímu rezivění. Proto mají hliníkové kovové lisované díly vlastnost odolnosti proti korozi i bez nákladné galvanizace.
Tepelná a elektrická dynamika
Hliník je vynikajícím vodičem tepla a elektřiny. Chladiče vyrobené z plechů pomáhají velmi účinně chladit elektronická zařízení. Stejně tak použití přípojnic vyrobených z kovových plechů pomáhá přenášet proud s velmi malým odporem.
Techniky lisování hliníkových jader
Lisování hliníku není ojedinělou akcí. Je to soubor procesů tváření za studena. Výrobci používají specifické techniky v závislosti na geometrické složitosti konečného dílu.
Operace zaslepení
Slepení je proces, při kterém se od většího svitku nebo plechu oddělí plochý kus geometrického materiálu. Razník se spustí a střihne kov do matrice. Část, která propadne, je použitelná (polotovar). Je velmi důležité, aby konstruktéři vypočítali přesné vůle. Například hliník potřebuje mnohem větší vůli než ocel, aby se zabránilo tvorbě otřepů.
Mincování a komprese
Ražba mincí výsledky jsou složité podrobnosti a velmi přesné tolerance. Lis působí obrovskou silou, která hliník plasticky deformuje. Tekoucí kov se dostává do dutiny zápustky. a přebírá přesnou topologii povrchu nástroje. Tato metoda pomáhá zabránit zpětnému pružení a vytváří velmi hladké povrchy.
Mechanika hluboké kresby
Hluboká kresba pomáhá vytvářet trojrozměrné tvary, jako jsou plechovky, hrnky nebo pánve. Děrování vtlačí plochý hliníkový polotovar do dutiny matrice. Hloubka tahu je větší než průměr dílu. Materiál proudí radiálně. Hliník je díky své tvárnosti pro tyto účely ideální, ale mazání je nezbytné. na zabránit roztržení.
Reliéf a povrchová textura
Reliéfní ražba spočívá ve vytvoření vyvýšeného nebo prohloubeného vzoru na povrchu kovu bez řezání. Raznice materiál mírně roztáhne. Výrobci ji používají pro značení, zpevnění žeber nebo hmatové indikátory.
Pokročilé operace lisování
Velkosériová výroba znamená, že výrobek prochází procesem velmi často a vyžaduje uspokojení vysoké poptávky. Výrobek musí být také vyráběn automatizovaně a rychle. Jednotlivé zápustkové formy obvykle nejsou schopny splnit výše uvedené požadavky a v takových případech často selhávají.
1. Progresivní technologie lisování
Kreativní progresivní raznice je metoda ražby, která využívá systém plynulého posuvu. Hliníkový svitek prochází jednou matricí s několika stanicemi. Na každé stanici se při pohybu pásu provádí jiná operace (řezání, ohýbání, děrování). V poslední stanici se hotový díl oddělí. Tímto způsobem lze vyrábět velmi rychle, přičemž provedená práce je pečlivá až do míry tolerance.
2. Přenosové lisovací systémy
Přenosové lisování se používá hlavně pro větší součásti. Poté mechanické rameno nebo přenosový prst robota zvedne hliníkovou součástku a umístí ji do další lisovací stanice. To umožňuje výrobcům vytvářet díly se složitou geometrií, kterou nelze podepřít souvislým pásem progresivní lisovací formy.
3. Jemné zaslepení pro přesnost
Jemné zaslepení je metoda, která zcela zamezuje vzniku přerušené a roztržené oblasti na okraji řezu. Používá se při ní V, prstencový žihadlo, které před řezáním vyvíjí tlak na list. Výsledkem je dokonale zastřižená, čistá hrana. Konstruktéři tuto techniku často používají k výrobě hliníkových kovových výlisků, které jsou součástí mechanických součástí, jež jsou v pohybu, jako jsou ozubená kola nebo západky.
Kritické úvahy: Řízení zpětného rázu
Podtitul: Překonání elasticity hliníku
Jedním z nejnáročnějších vědeckých problémů při lisování hliníkových kovů je "pružení". Je známo, že hliník má nižší modul pružnosti než ocel. Při otevření lisu se hliník snaží vrátit do původního tvaru. Uvolňuje pružné napětí, které se v něm uložilo během deformace.
Tento jev mění konečnou velikost dílů. Předpokládejme, že ohýbáte hliník pod úhlem 90 stupňů, přesto se může odrazit až pod úhlem 92 stupňů. Konstruktéři nástrojů to musí kompenzovat. Používají k tomu metody "nadměrného ohýbání". Ohýbají kov mimo zamýšlený úhel, který se pak po zpětném pružení stane správnou specifikací. Stanovení přesného faktoru pružení zahrnuje jak špičkový simulační software, tak i testování materiálu.
Mazání a tribologie
Podtitul: Řízení tření a produkce tepla
Tribologie se zabývá třením, opotřebením a mazáním. Při lisování hliníkových kovů je tření nepřítelem. Hliník má stejnou tendenci se spojovat s ocelí. Při působení tepla a tlaku mají atomy hliníku tendenci přilnout k ocelovému nástroji. To způsobuje adhezní opotřebení nebo zadírání.
Proto je pro obsluhu nezbytné používat speciální maziva, aby se tomu zabránilo.
- Syntetická maziva: Ty vytvářejí silný film, který izoluje nástroj od obrobku.
- Řízení viskozity: Olej by měl být dostatečně hustý, aby odolával síle, ale ne příliš hustý, aby bránil proudění oleje ve složitých dutinách matrice.
- Odvod tepla: Mazivo je zároveň chladicí kapalinou, která odvádí teplo vznikající při plastické deformaci.
Troubleshooting Common Defects
I při použití přesných nástrojů se objevují problémy. Znalost příčiny problému je velmi důležitá pro řízení procesu.
Vytržení lepidla
Jak již bylo zmíněno, hliník na nástroji ulpívá. To způsobuje drsnou povrchovou úpravu a trhání dílů.
Řešení: Povlakujte nástrojovou ocel povlaky z fyzikálního napařování (PVD), jako je nitrid titanu (TiN) nebo diamant jako uhlík (DLC). Zvyšte také množství používaného maziva.
Nahromadění oxidů
Oxid hlinitý je keramika. Proto je tvrdší než kov, který pokrývá. Když se odštípne, chová se jako brusný posyp. Proto se nástroj rychle opotřebovává.
- Řešení: Nářadí musí být důkladně a správně ošetřeno a vyčištěno. Nástrojová ocel velmi vysoké kvality (např. karbidová) je odolná proti opotřebení.
Praskání a štěpení
Když je síla příliš velká na to, aby ji hliník udržel, praskne. To je typické pro hluboké tažení a ostré ohýbání.
- Řešení: Je třeba použít slitinu s vyšší tažností (O, temper). Poloměr ohybu lze zvětšit. Směr zrna kovu by měl být správně zarovnán s linií ohybu.
Vytahování slimáků
Někdy se stává, že vyhozený kovový odpad (kulka) odmítá spadnout dolů z matrice a místo toho se přilepí na čelní plochu razníku. To může být problém, protože razník tlačí šnek proti čerstvému plechu, a tím poškozuje díl i nástroj.
- Řešení: Začlenění vakuových systémů do lisu. Připevněte střižné úhelníky na čelní plochu razníku.
Schopnosti v oblasti lisování hliníkových kovů
Výroba špičkových dílů vyžaduje spolupracovníka s metalurgickými znalostmi. Zkušený výrobce si je vědom jemných rozdílů mezi slitinami 5052 a 6061. Disponuje zařízením pro vytváření zápustek, které zohledňují pružnost, zpětnou a tepelnou roztažnost. Bez ohledu na to, zda je práce prováděna pomocí rychlých, pohyblivých progresivních matric nebo složitým procesem hlubokého tažení, je znalost postupů v oblasti lisování hliníkových kovů způsobem, jak zaručit, že konečný výrobek splňuje přísné průmyslové normy.
Nejčastější dotazy
Co je lisování hliníku?
Hliník lisování kovů je druh tváření za studena. Pracuje pomocí lisovacích forem a hydraulických nebo mechanických lisů, které řežou, ohýbají a tvarují hliníkový plech do přesně vyrobených součástí.
Jaký je hlavní důvod, proč konstruktéři volí pro lisování hliník místo oceli?
Jeden z na hlavní důvody, proč se inženýři rozhodují pro hliník je vynikající pevnost kovu, poměr hmotnosti a dobrá odolnost proti korozi, a vysoká tepelná vodivost. Umožňuje na výroba lehčích finálních výrobků, aniž by byla ohrožena jejich trvanlivost.
Jak se rozhodnete pro správnou slitinu, kterou chcete v projektu použít?
Je nutné vyhodnotit na aplikace. Chcete-li upřednostnit odolnost proti korozi, použijte na Řada 5xxx. Pro konstrukční díly, které vyžadují tepelné zpracování, použijte řadu 6xxx. Pro všeobecné použití jsou nejvhodnější řady 1xxx nebo 3xxx.
Lze lisovaný hliník eloxovat?
Samozřejmě. eloxování umožňuje vytvrdit na povrch, aby byl odolnější vůči korozi, a také do něj vhánět barvu. Každopádně, razítkování maziva musí být před eloxováním zcela vyčištěna.
Vyžaduje lisování hliníku speciální maziva?
Rozhodně. Vzhledem k tomu, že hliník obvykle se zadrhává (lepí) na ocelové nástroje, je nutné na použít maziva s vysoká pevnost filmu a modifikátory tření. Z důvodu snadného čištění se obecně upřednostňují syntetická maziva bez obsahu oleje.
Zvládnou standardní lisy výrobu hliníku?
Ano, vhodné jsou standardní mechanické i hydraulické lisy. Křivky sil a rychlostí však mohly mít na být změněn. Často je nutné použít rychlejší razítkování rychlosti s hliníku na využít jeho plasticitu.
Jak se liší nástroje pro hliník od nástrojů pro ocel?
Nástroje pro lisování hliníku vyžaduje větší vůle (obvykle 10, 15% tloušťky materiálu). na vyhnout se problémům s stříhání materiálu. Kromě toho by nástroje měly mít vyšší stupeň leštění a speciální povrchovou úpravu. na zabránit přilnavosti materiálu.
Závěr
Lisování hliníku je kombinací těžkého strojního zařízení a vědy o materiálech. Využívá hliník, velmi lehký a široce dostupný kov, a vyrábí z něj základní díly, které zajišťují provoz našich automobilů, bezpečnost našich přístrojů a pomáhají při stavbě našich budov.
Úspěšnost v lisování hliníku do kovu není štěstí v neštěstí. Vyžaduje to správně zvolit slitiny, důkladně navrhnout zápustky tak, aby zvládaly zpětný ráz, a přísně kontrolovat mazání. Vzhledem k tomu, že se průmysl zaměřuje především na snižování hmotnosti a šetrnost k životnímu prostředí, poptávka po vysoce přesných hliníkových dílech rozhodně poroste.
Další odkazy pro referenci
- Asociace hliníku: https://www.aluminum.org (Úřad pro normy a údaje o hliníku).
- PMA (Asociace přesného tváření kovů): https://www.pma.org (Průmyslové normy pro lisování kovů).
- ASM International: https://www.asminternational.org (Informační společnost pro materiály pro údaje o slitinách).
- MatWeb: http://www.matweb.com (Databáze materiálových vlastností konkrétních tříd hliníku).
Komentáře
Nejnovější příspěvky
Související blogy
Blog společnosti Senyo je zaměřen na sdílení našich rozsáhlých znalostí o výrobě prototypů. Prostřednictvím našich článků vás chceme podpořit při zdokonalování designu vašich výrobků a efektivnější orientaci ve složitostech rychlé výroby prototypů.
