Panduan Ilmiah untuk Proses dan Paduan Pembengkokan Aluminium
Daftar Isi
Kesimpulan
Aluminium membungkuk adalah contoh penting dari manufaktur presisi.
Intinya, ini adalah proses di mana logam (aluminium) dideformasi secara plastis di sekitar satu sumbu. Prosedur ini mengubah pengerjaan logam logam dengan menjaga volume tetap hampir sama. Orang-orang langsung menerapkan gaya mekanis pada lembaran aluminium. Gaya harus lebih besar dari kekuatan luluh material tetapi masih lebih rendah dari kekuatan tarik akhirnya. Inilah yang membuat logam membengkok secara permanen alih-alih patah atau kembali ke bentuk aslinya.
Desainer dan perakit memilih aluminium terutama karena bobotnya yang rendah dan karakteristik kekuatannya yang tinggi. Namun, Anda perlu memiliki pengetahuan metalurgi yang menyeluruh jika Anda ingin membuat tikungan yang akurat. Anda harus tahu bagaimana tegangan dan regangan mempengaruhi kisi logam kristal. Komposisi paduan, temper dan ketebalan, bersama dengan faktor-faktor lain, menentukan hasil proses pembengkokan aluminium. Manual ini menggali konsep ilmu material yang terlibat dalam pengerjaan logam lembaran aluminium dan profil untuk membuat geometri yang kompleks.
Fisika Sifat Mampu Bentuk dalam Aluminium
Kemampuan bentuk adalah kapasitas suatu logam untuk mengalami deformasi plastis tanpa merusak strukturnya. Dalam pembengkokan aluminium, kemampuan bentuk sebagian besar bergantung pada deret paduan tertentu. Aluminium tidak sama dalam perilakunya di bawah tekanan.
Aluminium murni memiliki struktur kristal kubik berpusat muka (FCC). Ini memiliki banyak sistem slip yang tersedia untuk dislokasi untuk bergerak. Jadi, aluminium murni berubah bentuk tanpa banyak usaha. Namun, elemen paduan seperti magnesium, silikon, atau mangan merusak kisi. Mereka meningkatkan kekuatan tetapi sebagian besar waktu keuletan menurun.
Perpanjangan dan Batas Tarik
Perpanjangan adalah parameter utama yang menunjukkan kemampuan bentuk. Ini adalah ukuran persentase bahan yang dapat meregang sebelum pecah. Semakin tinggi nilai pemanjangan, semakin mudah operasi pembengkokan. Insinyur harus mempertimbangkan perbedaan antara titik leleh dan kekuatan tarik tertinggi. Jarak yang lebih jauh antara kedua titik ini biasanya menunjukkan rentang tekukan yang lebih aman. Jika persentase pemanjangan kecil, material berperilaku seperti getas. Ini akan retak di bawah kekuatan jari-jari yang rapat.
Rasio Ketebalan dan Radius Tikungan
Ketebalan material merupakan faktor utama yang membatasi operasi pembengkokan. Radius Tikungan Minimum (MBR) bergantung pada ketebalan. Saat pelat menjadi lebih tebal, serat luar tikungan lebih terentang. Serat bagian dalam, di sisi lain, dikompresi. Sumbu netral tidak berubah. Jika jari-jarinya terlalu kecil untuk ketebalannya, serat luarnya akan sobek. Anda harus mengetahui jari-jari yang tepat untuk menghilangkan risiko fraktur stres. Menurut aturan standar, jari-jari harus sama dengan ketebalan 1x untuk paduan lunak. Paduan yang lebih keras mungkin membutuhkan ketebalan 3x hingga 4x.
Menganalisis Paduan Aluminium untuk Pembengkokan
Kelayakan suatu proyek tergantung pada apakah komposisi kimia yang tepat dipilih. Kami membedakan paduan aluminium berdasarkan elemen yang terutama digunakan untuk paduan. Setiap seri merespons proses pembengkokan aluminium secara berbeda.
Seri 3003: Keunggulan Mangan
Perubahan paduan 3003 dari yang pertama adalah kandungan mangan. Penambahan elemen ini meningkatkan kekuatan sebesar 20%. Namun, paduan tersebut masih mempertahankan kemampuan kerja yang sangat baik. Perakit menggunakan panas untuk membengkokkan 3003 hanya dalam kasus yang jarang terjadi. 3003 memiliki kekuatan sedang dan ketahanan yang baik terhadap korosi. Sifat ini membuatnya cocok untuk produksi peralatan kimia dan secara umum fabrikasi lembaran logam industri. Paduan tersebut bukanlah produk yang dapat diolah dengan panas. Itu hanya diperkuat dengan pengerasan regangan.
Seri 5052: Penguatan Magnesium
Paduan 5052 ditingkatkan dengan penambahan magnesium. Hasilnya, elemen tersebut memberikan sejumlah peningkatan kekuatan yang substansial dibandingkan seri 3003. Paduan ini menawarkan kekuatan tertinggi dari nilai yang tidak dapat diolah dengan panas. Ini mempertahankan kemampuan bentuk yang baik meskipun kaku. Paduan ini juga tahan terhadap korosi air asin. Atribut ini telah menjadikan material tersebut sebagai standar untuk aplikasi kelautan serta fabrikasi tabung hidrolik. Pekerjaan material-mengeras dengan sangat cepat. Dengan demikian, kontrol kecepatan tikungan yang sangat ketat diperlukan.
Seri 6061: Campuran Struktural Silikon dan Magnesium
Paduan 6061 adalah kombinasi magnesium dan silikon. Jadi, paduannya bisa diberi perlakuan panas. Selama tahap pengerasan, ia membentuk endapan magnesium silisida. Endapan ini adalah tempat di kisi kristal di mana dislokasi tidak dapat bergerak, sehingga paduannya menjadi sangat kuat. Namun, kekuatan ini mengorbankan kemampuan bentuk. Jika Anda membengkokkan 6061 T6, kemungkinan besar Anda akan mengalami retakan. Perakit biasanya melakukan proses anil pada temper ' O ' sebelum ditekuk. Karena integritas strukturalnya, ini banyak digunakan di prototipe otomotif industri.
Data Perbandingan: Karakteristik Paduan
Tabel berikut membandingkan karakteristik tekukan dari grade aluminium umum.
| Seri Paduan | Elemen Utama | Kemampuan Kerja | Kekuatan Luluh | Ketahanan Korosi | Aplikasi Umum |
|---|---|---|---|---|---|
| 3003 | Mangan | Sangat baik | Sedang | Tinggi | Tangki penyimpanan, Atap, Dinding |
| 5052 | Magnesium | Bagus | Tinggi | Luar biasa (Kelautan) | Sasis, Suku cadang kelautan, Papan nama |
| 6061 | Mg + Silikon | Miskin (pada T6) | Sangat Tinggi | Bagus | Bingkai struktural, Dirgantara, Robotika |
| 7075 | Seng | Sangat Miskin | Ekstrem | Adil | Dirgantara, Roda gigi tegangan tinggi |
Memahami Sistem Penunjukan Temper
Temperamen paduan inilah yang menentukan keadaan mekaniknya. Kode yang digunakan di sini adalah kode yang muncul setelah nomor paduan. Ini adalah cara untuk memberi tahu pekerja logam bagaimana logam tersebut telah diproses. Kecelakaan dengan temperamen dapat menyebabkan pembengkokan logam dengan cara yang sangat berbahaya.
- O (Anil): Logam dipanaskan oleh gilingan hingga mencapai suhu di mana struktur butiran dapat direkristalisasi. Keadaan ini memiliki kekuatan terendah dan keuletan logam tertinggi. Ini adalah kondisi terbaik untuk pembengkokan ekstrem.
- H (Regangan Mengeras): Istilah ini mengacu pada paduan yang tidak dapat diolah dengan panas (contohnya adalah 3003 dan 5052). Logam dibuat lebih kuat dengan pengerjaan dingin. Angka yang muncul setelah ' H ' menunjukkan tingkat kekerasannya. H14 adalah singkatan dari half-hard; H18 adalah full-hard.
- T (Diperlakukan Secara Termal): Artinya sama untuk paduan seperti 6061. Logam melewati perlakuan panas larutan dan proses penuaan.T6 adalah temperamen yang sering digunakan dan mengeras sepenuhnya. T4 secara alami menua dan sedikit lebih mudah dibentuk.
- F (Sebagai Fabrikasi): Bit logam yang tidak memiliki kontrol pengerasan termal atau regangan khusus yang diterapkan padanya.
Ilmu Springback dan Pemulihan Elastis
Aluminium membungkuk disertai dengan fenomena kritis, yaitu springback. Setelah mesin dilepaskan dari gaya lentur, logam mengalami proses relaksasi. Bagian elastis dari kurva tegangan-regangan dipulihkan. Sudut akhir sedikit lebih besar dari sudut perkakas.
Aluminium memiliki springback yang lebih tinggi dibandingkan baja ringan. Alasannya adalah aluminium memiliki modulus elastisitas yang lebih rendah. Kekuatan luluh cukup tinggi jika dibandingkan dengan modulus elastisitas. Perakit diharuskan membengkokkan material secara berlebihan untuk memperhitungkan pemulihan ini. Dengan demikian, operator dapat membengkokkan material hingga 92 derajat, bukan 90 derajat untuk mendapatkan tekukan 90 derajat. Mesin CNC tingkat lanjut menentukan variabel ini sendiri.
Mereka mengubah kedalaman pukulan agar dapat mundur secara elastis.
Strategi untuk Mengurangi Keretakan
Retak merupakan akibat dari terjadinya tegangan tarik pada jari-jari terluar yang melampaui kekuatan kohesif material. Beberapa metode ilmiah memperhitungkan risiko ini dan mencoba menguranginya hingga hampir nol.
1. Orientasi Arah Butir
Lembaran aluminium memiliki struktur butiran yang dihasilkan dari proses penggulungan. Membungkuk tegak lurus terhadap (melintasi) butiran lebih kuat. Ini memungkinkan butiran memanjang. Membungkuk sejajar dengan butiran sering menyebabkan keretakan. Perakit harus mengarahkan tata letak bagian untuk membengkok melintasi butiran bila memungkinkan.
2. Optimalisasi Radius
Jangan gunakan jari-jari internal yang tajam. Sudut yang tajam memusatkan stres. Radius yang lebih besar mendistribusikan regangan ke area yang lebih luas. Gambar teknik harus menentukan jari-jari yang menghormati batas paduan.
3. Aplikasi Pelumasan
Gesekan adalah penyebab utama stres lokal. Pelumas memungkinkan material meluncur di atas bahu cetakan. Ini mendistribusikan ketegangan secara lebih merata. Ini mencegah "hambatan" yang dapat merobek permukaan.
4. Bantuan Termal
Memanaskan benda kerja menurunkan kekuatan luluh untuk sementara. Ini meningkatkan keuletan. Ini memungkinkan tikungan yang lebih rapat pada paduan kaku seperti 6061-T6. Tapi, terlalu banyak panas bisa merusak temperamen.
Metodologi Pembengkokan Terperinci
Industri ini penuh dengan berbagai metode mekanis yang bertujuan untuk mencapai bentuk geometris tertentu. Keputusan tersebut didasarkan pada penampang, jari-jari, dan volume produksi.
Pembentukan Rem Tekan
Rem tekan masih menggunakan metode fabrikasi lembaran logam yang paling umum. Prosesnya melibatkan pukulan dan dadu.
Mekanik: Pukulan, yang digerakkan oleh ram hidrolik atau listrik, dimasukkan ke dalam cetakan berbentuk V. Lembaran aluminium diposisikan di celah cetakan. Pukulan mendorong lembaran ke dalam cetakan.
Varian Proses:
- Pembengkokan Udara: Pukulan menekan lembaran, tetapi bagian bawahnya tidak tercapai. Sudut tikungan tidak ditentukan oleh sudut mati. Kedalaman goresan adalah faktor yang mengontrol sudut. Hal ini memungkinkan springback diberi kompensasi. Diperlukan tonase yang lebih rendah.
- Bottoming: Pukulan memaksa lembaran mengikuti bentuk cetakan dengan tepat. Ini membutuhkan lebih banyak tenaga tetapi menawarkan presisi tinggi.
- Coining: Pukulan melewati sumbu netral logam. Ini benar-benar menghilangkan kembalinya tikungan tetapi membutuhkan tonase yang sangat tinggi.
Keuntungan dan Keterbatasan: Rem tekan sangat serbaguna. Kontrol CNC memungkinkan untuk memiliki tikungan multi-tahap yang kompleks. Mereka sempurna untuk braket dan penutup. Namun demikian, biaya perkakas bisa sangat tinggi. Waktu pengaturan untuk geometri yang berbeda juga mengubah waktu siklus.
Teknik Pembengkokan Gulungan
Roll bending digunakan untuk menghasilkan kurva radius dan silinder yang besar. Prosesnya melibatkan tiga atau empat rol.
- Mekanik: Operator menempatkan profil atau lembaran aluminium di antara penggulung yang berputar. Rol atas memberikan tekanan ke bawah. Rol samping menahan material. Saat material diumpankan, offset antara roller menyebabkan kurva kontinu. Ini adalah metode khas dalam prototipe industri untuk tangki dan terowongan.
Keuntungan dan Keterbatasan: Dengan teknik ini, seseorang dapat memperoleh lingkaran dan spiral yang sempurna. Profil panjang dapat ditangani secara efisien. Di sisi lain, ia meninggalkan beberapa potongan lurus di awal dan akhir profil. "Bintik-bintik datar" ini seringkali merupakan potongan sisa yang perlu dipotong. Juga, ini tidak baik untuk tikungan yang sangat sempit.
Tekukan Imbang Putar
Teknik ini adalah yang paling umum dalam hal membengkokkan tabung dan pipa. Bahan ditopang dari dalam agar tidak runtuh.
- Mekanik: Tabung aluminium diamankan ke cetakan bengkok oleh mesin. Sebuah cetakan bertekanan menahan tabung pada cetakan bengkok. Tikungan mati berputar, menarik tabung bersamanya. Biasanya, mandrel ditempatkan di dalam tabung.
- Tujuan Mandrel: Mandrel adalah penyangga dinding bagian dalam tabung. Ini menghentikan pembentukan kerutan di jari-jari bagian dalam. Selain itu, ini juga mencegah perataan jari-jari luar.
Keuntungan dan Keterbatasan: Rotary draw bending mampu menghasilkan tikungan yang bersih dan radius yang rapat. Metode tersebut dapat digunakan untuk prototipe perangkat medis di mana presisi tabung sangat penting. Penampilan tabung tetap terjaga. Sayangnya, perkakasnya mahal dan tergantung pada diameter tabung.
Tekukan Kompresi
Tekukan kompresi menahan benda kerja dengan kuat pada cetakan tekukan tetap.
- Mekanik: Sepatu penghapus atau rol bergerak di sekitar cetakan tetap. Ini menekan aluminium pada bentuk cetakan.
Keuntungan: Ini adalah metode yang lebih sederhana dibandingkan dengan undian putar. Aplikasi tertentu dapat dilakukan lebih cepat dengan metode ini. Lengkungan simetris pada kedua sisi suatu bagian dapat dilakukan dengan sempurna dengan metode ini.
Keterbatasan: Kemampuan untuk membuat tikungan yang rapat terbatas dibandingkan dengan penarikan putar. Bagian luar tikungan bisa diratakan. Sebagian besar digunakan untuk bentuk struktur sederhana.
Peregangan Membentuk
Pembentukan regangan adalah kombinasi dari tegangan dan tekukan.
- Mekanik: Mesin memegang lembaran aluminium atau ekstrusi di kedua ujungnya. Ini menarik material ke titik di mana ia menghasilkan. Kemudian mesin, yang masih menahan material di bawah tekanan, membungkusnya di sekitar balok bentuk.
Keuntungan: Dengan meregangkan material, masalah springback terpecahkan. Juga, ketegangan membantu menyelaraskan tekanan internal. Kurva yang sangat akurat dan kompleks dapat dibuat dengan cara ini. Ini adalah metode standar dalam industri dirgantara untuk kulit badan pesawat.
Keterbatasan: Prosesnya cukup lambat. Diperlukan kelonggaran mencengkeram yang besar yang menjadi potongan. Peralatannya sangat besar dan mahal.
Ram / Tekukan Dorong
Pembengkokan ram pada dasarnya adalah jenis pembengkokan tabung yang paling sederhana.
- Mekanismenya: Tabung ditopang oleh dua counter-roller dan terletak di seberangnya. Ram hidrolik dengan blok jari-jari digunakan untuk menekan bagian tengah tabung.
Keuntungan: Peralatannya murah dan mudah dipindahkan. Pembengkokan ram cukup cepat jika dilakukan untuk tujuan pembengkokan kasar.
Keterbatasan: Dukungan internal tidak disediakan. Tabung dibentuk kembali dalam bentuk oval. Kontrol yang tepat dari sudut tikungan cukup sulit. Kualitas suku cadang kosmetik tidak akan bagus jika metode ini digunakan.
Aplikasi dan Sektor Industri
Pembengkokan aluminium telah menjadi keunggulan utama dari berbagai Industri dan ini didorong oleh sifat materialnya.
Sektor Otomotif: Pembuat mobil menggunakan aluminium bengkok dalam produksi rangka dan permukaan luar mobil. Ini berfungsi untuk mengurangi berat kendaraan. Dengan demikian, konsumsi bahan bakar yang lebih baik tercapai. Pembengkokan membantu dalam pembuatan struktur benturan yang dapat menyerap energi.
Teknik Dirgantara: Rusuk pesawat, senar, dan kulit adalah bagian paling umum yang dihasilkan dari pembentukan dan pembengkokan regangan. Rasio kekuatan terhadap berat paduan 2024 dan 7075 adalah yang paling penting. Ketepatannya sampai pada titik memastikan efisiensi aerodinamis.
Elektronik Konsumen dan Robotika: Penggunaan aluminium bengkok cukup trendi untuk produksi penutup luar gadget (laptop dan ponsel). Robot prototyping mendapat bahan pelat bengkok untuk lengan dan sasis. Logam adalah konduktor termal yang sempurna dan dengan demikian komponen terbaik terlindungi dari panas berlebih.
Konstruksi dan Arsitektur: Profil bengkok biasanya digunakan untuk produksi bingkai jendela, dinding tirai, dan sistem atap. Aluminium adalah bahan tahan cuaca yang sangat baik. Dengan membengkokkan seseorang dapat membuat fitur arsitektur melengkung yang menarik secara visual.
Kesimpulan
Pembengkokan aluminium ke tingkat master membutuhkan pemahaman tentang prinsip-prinsip ilmu material dan teknik mesin. Produsen perlu menyadari batas-batas logam. Mereka juga perlu mengetahui kelonggaran tikungan dan faktor-K dengan sangat tepat. Mereka harus memilih temper yang tepat jika ingin menghindari retak. Tidak masalah apakah itu rem tekan untuk prototipe produk konsumen atau draw bending rotary untuk hidrolika, hasilnya harus akurat.
Penggunaan gaya yang tepat mengubah lembaran datar sederhana menjadi komponen fungsional yang menahan beban. Dengan mengetahui struktur butir, batas pemanjangan, dan pegas balik, para insinyur selalu dapat mencapai hasil yang sama.
Komentar
Postingan Terbaru
Blog Terkait
Blog Senyo berfokus pada berbagi pengetahuan kami yang luas tentang pembuatan prototipe. Melalui artikel kami, kami bertujuan untuk mendukung Anda dalam menyempurnakan desain produk Anda dan menavigasi kompleksitas pembuatan prototipe cepat dengan lebih efektif.
