Wissenschaftlicher Leitfaden für Aluminium-Biege-Verfahren und Legierungen
Inhaltsverzeichnis
Fazit
Aluminium biegen ist ein bedeutendes Beispiel für die Präzision in der Fertigung.
In Essenz, es ist der Prozess, bei dem die Metall - (aluminium) wird plastisch verformt wird, um eine einzelne Achse. Die Prozedur ändert die Metall-Metall-arbeiten, indem das Volumen fast das gleiche. Personen, die unmittelbar gelten eine mechanische Kraft auf die aluminium Blatt. Die Kraft sollte größer sein als das material, yield Festigkeit, aber immer noch niedriger als seine Zugfestigkeit. Dies ist, was macht das Metall verbiegen dauerhaft, anstatt zu brechen oder gehen zurück in die ursprüngliche Form.
Designer und Verarbeiter wählen Sie aluminium vor allem wegen seiner niedrigen Gewicht und hohe Festigkeit Eigenschaften. Allerdings müssen Sie eine fundierte Metallurgische Kenntnisse, wenn Sie wollen, um präzise Kurven. Sie müssen wissen, wie Sie mit stress und Belastung beeinflussen die Metall-Gitter des Kristalls. Die Legierung Zusammensetzung, Temperament und Stärke, die zusammen mit anderen Faktoren, bestimmen die aluminium-Biege-Prozess-Ergebnis. Dieses Handbuch widmet in die Konzepte der Materialwissenschaft beteiligt in der Metallbearbeitung von aluminium-Blechen und-Profilen, um erstellen Sie komplexe Geometrien.
Die Physik der Umformbarkeit von Aluminium
Umformbarkeit ist die Kapazität von einem Metall zu gehen durch eine Plastische Verformung ohne einen Zusammenbruch der Struktur. In aluminium biegen, der Umformbarkeit ist meist abhängig von der jeweiligen Legierung Serie. Aluminium ist nicht das gleiche in der Art und Weise verhält es sich unter dem stress.
Reines aluminium hat ein Gesicht-centered cubic (FCC) Kristallstruktur. Es hat viele Rutsch-Systeme für den Versetzungen zu bewegen. Also, Reine aluminium-verformt, ohne viel Aufwand. Aber der Legierungselemente magnesium, Silicium, Mangan oder verzerren das Gitter. Sie erhöhen die Festigkeit, aber die meisten der Zeit, die Dehnbarkeit nimmt ab.
Dehnung und Zugfestigkeit Grenzen
Dehnung ist der wichtigste parameter, der angibt, Umformbarkeit. Es ist das Maß für den Prozentsatz ein material dehnen kann, bevor es bricht. Je höher die Dehnung Werte, desto leichter wird die Biege-Operationen werden. Ingenieure müssen betrachten die Differenz zwischen der Streckgrenze und der Zugfestigkeit. Einen größeren Abstand zwischen diesen beiden Punkten gibt normalerweise an einem sichereren Biege-Bereich. Im Falle der Dehnung Prozentsatz ist klein, das material verhält sich wie eine spröde ein. Es Riss unter der Kraft von einem engen radius.
Dicke und Krümmung Radius-Verhältnisse
Die Dicke des material ist der wichtigste Faktor, der die Grenzen eines Biegens. Minimum Bend Radius (MBR) ist abhängig von der Dicke. Wenn die Platte dicker, werden die äußeren Fasern der Biegung sind mehr gestreckt. Die inneren Fasern, auf der anderen Seite, komprimiert werden. Die Neutrale Achse nicht ändern. Wenn der radius zu klein für das Dicke, die äußeren Fasern reißen. Sie sollten herausfinden, den richtigen radius, um Sie zu beseitigen die Risiko von stressfrakturen. Nach einer standardisierten Regel, der radius sollte gleich 1x Dicke für weiche Legierungen. Härtere Legierungen können, müssen 3x-4x Dicke.
Analyse von Aluminium-Legierungen für das Biegen
Die Umsetzbarkeit eines Projekts hängt davon ab, ob Sie die richtige Chemische Zusammensetzung ausgewählt wird. Wir differenzieren Aluminium-Legierungen basierend auf den Elementen, die in Erster Linie für legieren. Jede Serie anders reagiert auf die aluminium-Biege-Prozess.
3003 Serie: Die Mangan-Vorteil
Die 3003 Legierung änderungen gegenüber der ersten ist der Mangan-Gehalt. Die Ergänzung dieses element erhöht die Festigkeit um 20%. Jedoch, die Legierung immer noch behauptet, der sehr guten Verarbeitbarkeit. Verarbeiter nutzen die Wärme zum biegen 3003 nur in seltenen Fällen. 3003 hat eine mäßige Festigkeit und gute Beständigkeit gegen Korrosion. Diese Eigenschaft macht es geeignet für die Herstellung von chemischen Geräten und die Allgemeine sheet metal fabrication Industrie. Die Legierung ist nicht Wärme behandelbar Produkt. Es ist nur gestärkt durch kaltverfestigung.
5052 Serie: Magnesium-Verstärkung
Die 5052-Legierung verbessert wird, die mit dem Zusatz von magnesium. Als ein Ergebnis, das element bietet eine Reihe von erheblichen Stärke Verbesserungen über die 3003 series. Die Legierung bietet höchste Festigkeit der nicht-Wärme-umgängliche Typen. Es behält gute Umformbarkeit trotz seiner Steifigkeit. Die Legierung ist auch gegen Salzwasser-Korrosion. Dieses Attribut hat das material die standard für marine-Anwendungen, sowie hydraulische Rohr Herstellung. Das material arbeiten-härtet sehr schnell. So, eine sehr strenge Kontrolle bend Geschwindigkeiten notwendig ist.
6061 Series: Silizium-und Magnesium-Strukturelle Blends
Die 6061-Legierung ist eine Kombination von magnesium und Silizium. So, die Legierung kann werden Wärme behandelt. Während der Verhärtung der Bühne, es bildet sich magnesium-silizid ausfällt. Diese Ausscheidungen sind die Plätze im Kristallgitter, wo die Verwerfungen nicht bewegen kann, so dass die Legierung wird sehr stark. Doch diese Stärke ist auf Kosten der Umformbarkeit. Wenn Sie bend 6061 T6, erhalten Sie wahrscheinlich einen Riss. Verarbeiter erfüllen in der Regel ein glühen Prozess der 'O' temper vor dem biegen. Durch seine strukturelle Integrität, es ist weit verbreitet in der automotive prototyping Industrie.
Vergleichende Daten: Legierung Eigenschaften
Die folgende Tabelle vergleicht die Biege-Eigenschaften von gemeinsame aluminium-Sorten.
| Legierung Serie | Primary Element | Verarbeitbarkeit | Streckgrenze | Korrosion Widerstand | Gemeinsame Anwendungen |
|---|---|---|---|---|---|
| 3003 | Mangan | Ausgezeichnete | Moderate | Hoch | Storage tanks, Dach -, Abstellgleis |
| 5052 | Magnesium | Gut | Hoch | Vorzüglich (Marine) | Chassis, Marine Teile, Signage |
| 6061 | Mg + Silicon | Poor (bei T6) | Sehr Hoch | Gut | Strukturellen Rahmen, Luft-und Raumfahrt, Robotik |
| 7075 | Zink | Sehr Schlecht | Extreme | Fair | Luft-und Raumfahrt, High-stress-Getriebe |
Das Verständnis Der Temper Designation System
Das Temperament von eine Legierung ist, was bestimmt den mechanischen Zustand. Der code, der hier verwendet wird, ist die eine, die kommt, nachdem die Legierung Anzahl. Es ist ein Weg, zu sagen, die Metall-Arbeiter, wie das Metall bearbeitet wurde. Ein Missgeschick mit dem Temperament kann dazu führen, die Metall biegen in extrem gefährliche Weise.
- O (Geglüht): Das Metall wird erhitzt, indem Sie die Mühle auf eine Temperatur, bei der die Maserung Struktur kann umkristallisiert. Dieser Staat hat die niedrigsten Stärke und die höchste Duktilität des Metalls. Es ist der beste Zustand für die extreme Biegung.
- H (Belastung Gehärtet): Dieser Begriff bezieht sich auf nicht-Wärme behandelbar Legierungen (Beispiele 3003 und 5052). Das Metall ist stärker gemacht durch Kaltumformung. Die Zahl nach " H " zeigt das Ausmaß der Härte. H14 steht für halb-hart; H18 ist voll hart.
- T (Thermisch Behandelt): Dies bedeutet, dass Sie die selben für Legierungen wie 6061. Das Metall geht durch Lösungsglühen und Alterung.T6 ist eine Häufig verwendete, vollständig gehärtetes temper. T4 ist natürlich im Alter und ist ein wenig mehr verformbar.
- F (Gefertigte): Die Metall-bits, die weder Besondere thermische noch kaltverfestigung Kontrolle angewendet werden.
Die Wissenschaft der Rückfederung und Elastisch Recovery
Aluminium biegen begleitet von einer kritischen Phänomen, das ist, Rückfederung. Nachdem die Maschine wird veröffentlicht von der Biegekraft, das Metall durchläuft eine Entspannung Prozess. Der elastische Teil des Spannungs-Dehnungs-Kurve wird wiederhergestellt. Der Letzte Winkel ist ein wenig größer als das Werkzeug Winkel.
Aluminium hat eine höhere Rückfederung als Baustahl. Der Grund dafür ist, dass aluminium hat eine geringere Elastizitätsmodul. Die Streckgrenze ist sehr hoch, wenn im Vergleich zu den Elastizitätsmodul. Verarbeiter sind erforderlich, um über-biegen Sie das material, um diese Erholung zu berücksichtigen. So kann der Anwender beim biegen das material um 92 Grad statt 90 Grad, um die Biegung von 90 Grad. Fortschrittliche CNC-Maschinen bestimmen diese variable auf Ihre eigenen.
Ändern Sie die punch Tiefe, um in der Lage sein, um elastisch Rückstoß.
Strategien zur Linderung von Rissbildung
Cracking ist ein Ergebnis, das auftreten von Zugspannung am äußeren radius, geht über die kohäsive Festigkeit des Materials. Einige wissenschaftliche Methoden berücksichtigen dieses Risiko und versuchen, es zu reduzieren auf fast null.
1. Faserrichtung Orientierung
Aluminium-Platten haben eine Korn-Struktur, die sich aus dem walzprozess. Biegung senkrecht zu (über) das Korn ist stärker. Es ermöglicht die Körner zu verlängern. Biegen parallel zur Maserung führt oft zu Rissen. Verarbeiter sollten orient den Teil-layout, um die Biegung quer zur Faserrichtung, Wann immer möglich.
2. Radius-Optimierung
Verwenden Sie keine scharfen internen radius. Eine scharfe Ecke konzentriert sich stress. Ein größerer radius verteilt die Belastung über eine größere Fläche. Technische Zeichnungen sollten geben Sie einen radius, der respektiert die Legierung an Grenzen.
3. Schmierung Anwendung
Reibung ist die Hauptursache für die lokalisierte stress. Schmierstoffe ermöglichen, das material zu schieben, über das sterben Schultern. So verteilt sich die Belastung gleichmäßiger. Es verhindert, dass "ziehen", die kann reißen die Oberfläche.
4. Thermische Unterstützung
Heizung die Werkstück senkt die Streckgrenze vorübergehend. Dies erhöht die Duktilität. Es ermöglicht engere Kurven auf starren Legierungen wie 6061-T6. Aber, zu viel Wärme beschädigen können die Stimmung.
Detaillierte Biege-Methoden
Die Industrie ist voll von verschiedenen mechanische Methoden zur Erreichung bestimmter geometrischer Formen. Die Entscheidung beruht auf der Kreuz-Abschnitt, den radius und das Volumen der Produktion.
Abkantpresse Forming
Die Presse Bremse beschäftigt noch immer die gängigste Methode der Blechbearbeitung. Der Prozess beinhaltet ein punch und sterben.
Die Mechanik: Der Schlag, angetrieben entweder durch einen hydraulischen oder einen elektrischen Widder, ist eingefügt in die V-förmigen sterben. Die aluminium Blatt ist positioniert in die öffnung der Matrize. Der Stempel drückt das Blech in die Matrize.
Prozess-Varianten:
- Luft Biegen: Den Stempel drückt die Platte, aber der Boden ist noch nicht erreicht. Der Biegewinkel wird nicht bestimmt durch das sterben Winkel. Die Tiefe der Hub ist der Faktor steuert den Winkel. Dies ermöglicht der Rückfederung kompensiert werden. Eine geringere tonnage erforderlich ist.
- Bodenbildung: Das punch-Kräfte, das Blatt zu Folgen, die Form des Würfels genau. Dies erfordert mehr Kraft, aber bietet hohe Präzision.
- Prägen: Der Schlag geht durch die Neutrale Achse des Metalls. Diese völlig entledigt sich der Rücksendung der Kurve, aber es erfordert eine sehr hohe tonnage.
Vorteile und Einschränkungen: Drücken Sie die Bremsen sind äußerst vielseitig. CNC-Steuerungen machen es möglich, die komplexe, mehrstufige Kurven. Sie sind perfekt für die Halterungen und Gehäuse. Dennoch, die Kosten für die Werkzeuge können sehr hoch sein. Die setup-Zeit für verschiedene Geometrien ändert sich auch die Zykluszeit.
Roll-Biege-Techniken
Walzbiegen ist verwendet zu produzieren große Kurvenradien und Zylinder. Der Prozess umfasst drei oder vier Rollen.
- Die Mechanik: Der Bediener legt das aluminium-Profil, oder Blatt zwischen den Rollen, die drehen. Die Obere Rolle übt Druck nach unten. Die Seite Rollen, halten Sie das material. Da das material zugeführt wird, der Abstand zwischen den Rollen bewirkt eine kontinuierliche Kurve. Dies ist eine typische Methode im industrielle prototyping für tanks und Tunnel.
Vorteile und Einschränkungen: Mit dieser Technik erhält man perfekte Kreise und Spiralen. Lange profile können behandelt werden mit effizient. Auf der anderen Seite, lässt es einige gerade Stücke am Anfang und Ende des Profils. Diese "flat spots" werden Häufig übrig gebliebenen Stücke, müssen abgeschnitten werden. Auch, es ist nicht gut für sehr enge Kurven.
Rotary Draw Bending
Diese Technik ist die häufigste, wenn es um das biegen von Rohren und Rohrleitungen. Das material wird unterstützt von der Innenseite zu vermeiden zusammenbrechenden.
- Die Mechanik: Die aluminium Rohr ist gesichert, um eine Kurve zu sterben durch die Maschine. Ein Druck sterben, hält das Rohr gegen die Kurve zu sterben. Die Kurve sterben verwandelt, ziehen Sie das Rohr zusammen mit ihm. In der Regel, ein Dorn im Innern der Röhre.
- Die Dorn Zweck: Der Dorn ist die Unterstützung für Rohr inneren Wände. Es Stoppt die Bildung von Falten an der Innenseite des radius. Neben, dass, es verhindert auch, dass die Abflachung des äußeren radius.
Vorteile und Einschränkungen: Rotary draw bending in der Lage ist, sauber und engen radius Kurven. Die Methode kann verwendet werden, für medical device prototyping wo Rohr ist Präzision äußerst wichtig. Das Aussehen des Schlauches ist gepflegt. Leider, das Werkzeug ist teuer und abhängig vom Rohrdurchmesser.
Kompressions-Biege -
Kompressions-Biege-hält das Werk-Stück fest gegen eine Feste Kurve zu sterben.
- Die Mechanik: Eine wiper-Schuh oder roller bewegt sich um die Feste sterben. Es drückt das aluminium vor dem sterben Form.
Vorteile: Dies ist eine einfachere Methode, die im Vergleich mit dem rotary-zeichnen. Einige Anwendungen werden schneller fertig mit diese Methode. Symmetrischen Kurven an beiden Seiten von einem Teil getan werden kann perfekt mit dieser Methode.
Einschränkungen: Die Fähigkeit, enge Kurven begrenzt ist, wie im Vergleich zu rotary ziehen. Der außerhalb der Kurve kann abgeflacht werden. Meistens wird es verwendet einfache strukturelle Formen.
Streckformen
Streckformen ist eine Kombination von Spannung und Biegung.
- Die Mechanik: Die Maschine hält die aluminium Blatt oder extrusion, die an beiden enden. Er zieht das material bis zu dem Punkt, wo es sich ergibt. Dann wird die Maschine, noch hält das material unter Spannung, wickelt es um eine form block.
Vorteile: Durch die Dehnung des Materials, das problem der Rückfederung ist gelöst. Auch die Spannung hilft, richten Sie die inneren Spannungen. Sehr genaue und komplexe Kurven werden kann in dieser Weise. Es ist ein standard-Verfahren in der Luft-und Raumfahrtindustrie für Rumpf skins.
Einschränkungen: Der Prozess ist ziemlich langsam. Große Greif-Zertifikate sind benötigt werden, Schrott. Die Anlage ist sehr groß und teuer.
Ram / Push Biegen
Ram bücken ist im Grunde die einfachste Art von Rohr biegen.
- Die Mechanik: Das Rohr wird durch zwei Zähler-Rollen und Lügen über Sie. Ein hydraulischer Widder mit einem radius block ist verwendet zu drücken Sie auf die Mitte der Röhre.
Vorteile: Die Ausrüstung ist Billig und leicht beweglich. Ram bücken ist ziemlich schnell, wenn es ist für den rauen biegen Zwecke.
Einschränkungen: Eine interne Unterstützung ist nicht vorgesehen. Das Rohr umgeformt werden in der ovalen form. Die genaue Kontrolle der Biegewinkel ist ziemlich schwierig. Die Qualität der kosmetischen Teile nicht gut, wenn diese Methode verwendet wird.
Industrielle Anwendungen und Branchen
Aluminium biegen wurde der große Vorsprung der verschiedenen Branchen, und diese wurden angetrieben durch die Eigenschaften des Materials.
Automobilbereich: Automobilhersteller integrieren gebogen aluminium in der Produktion der Rahmen und die äußere Oberfläche der Auto. Es funktioniert zu verringern und das Gewicht des Fahrzeugs. So, einen besseren Kraftstoffverbrauch erreicht wird. Biege hilft bei der Herstellung von Impaktstrukturen, die können absorbieren die Energie.
Luft-Und Raumfahrttechnik: Flugzeug rippen, Stringer, und die Haut sind die häufigsten Teile, die sind produziert durch dehnen, Formen und biegen. Das Kraft-zu-Gewichts-Verhältnis von 2024 und 7075 Aluminium-Legierungen ist von größter Bedeutung. Die Präzision ist bis zu dem Punkt, sicherzustellen aerodynamische Effizienz.
Verbraucher Elektronik und Robotik: Die Verwendung von Gebogenen aluminium ist sehr trendy für die Produktion des gadgets' (Handys und laptops) äußere Abdeckungen. Roboter-prototyping bekommt Gebogenen Platte Materialien für Arme und Fahrwerk. Das Metall ist ein perfekter Wärmeleiter und damit die beste Komponente ist geschützt vor überhitzung.
Bau und Architektur: Gebogene profile sind allgemein verwendet für die Herstellung von Fensterrahmen, Fassaden-und Dachsysteme. Aluminium ist eine sehr gute Wetter-Widerstand material. Durch biegen kann man gekrümmten architektonischen Merkmale, dass sind visuell Ansprechend.
Fazit
Aluminium biegen, um ein master-level-Aufrufe, die für das Verständnis der beiden Materials science and mechanical engineering Prinzipien. Die Hersteller müssen sich bewusst sein, die Grenzen des metal. Sie müssen auch herausfinden, die Biegezugabe und K-Faktoren sehr genau. Sie haben das Recht zu wählen Anlassen, wenn Sie möchten, um Rissbildung zu vermeiden. Egal ob es sich um eine Abkantpresse für Verbraucher-Produkt-prototyping oder rotary draw bending Hydraulik, muss das Ergebnis korrekt sein.
Die richtige Anwendung von Gewalt ändert sich eine einfache flache Blatt in ein funktionales, Tragendes Bauteil. Durch die Kenntnis der Struktur der Körnung, Dehnung Grenzen, und Rückfederung, können Ingenieure immer die gleichen Ergebnisse erzielen.
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