Denne undersøgelse fokuserer på pressede-formede dele lavet af medium-til-tykke EN AW 6082-T651 aluminiumslegeringsplader. Undersøgelsen behandler spørgsmålet om revnedannelse under pressens-dannelsesproces og analyserer de grundlæggende årsager fra flere perspektiver-inklusive kemisk sammensætning, retningsforskelle i bøjningsegenskaber og procesparametre-og identificerer den grundlæggende mekanisme for revnedannelse gennem eksperimentel verifikation. Baseret på disse resultater foreslås et systematisk procesoptimeringsskema, der dækker styring af formoverfladeruhed, optimering af formningshastighed, materialeforvarmning, formsmøring og efter{12}}detektion af fejl. Praktisk anvendelse viser, at den optimerede proces reducerer revnehastigheden markant og sikrer, at formningskvaliteten lever op til tekniske krav, hvilket giver en pålidelig teknisk reference til presse-formning af lignende medium-til tykke aluminiumslegeringsplader.
Indledning
På grund af fordele såsom lav massefylde og korrosionsbestandighed er aluminiumslegeringer blevet det foretrukne materiale til letvægts--højhastighedstog, metrotog og dedikerede kultransportvogne i mit land, som er udbredt i landets jernbanetransportsektor [1]. EN AW 6082-T651 er en varme-behandlet Al-Mg-Si-serie aluminiumslegering; efter opløsningsbehandling og kunstig ældning udviser det en kombination af høj styrke, god svejsbarhed og korrosionsbestandighed, hvilket gør det til et kernemateriale i udstyrsfremstilling. Dette papir undersøger fremstillingsprocessen vedrørende et pludseligt revneproblem, der opstår på ydersiden af R35 mm-buen for enden af et U-formet panel under presseformning.
Produktstruktur og dannelsesproblemer
Det U-formede panel er fremstillet af en 10 mm tyk EN AW 6082-T651-plade ved hjælp af en presse-form. Dens hovedstruktur er en symmetrisk U--form med en formningsradius på 3,5 gange pladetykkelsen og en formningsvinkel på 108 grader. De færdige dimensioner er 2552 mm i længden, 480 mm i bredden og 240 mm i højden, som vist i figur 1. Komponenten kræver høje standarder for overfladekvalitet og intern mikrostrukturel integritet i de dannede hjørneområder; Synlige revner og skjulte defekter er forbudt under formningsprocessen, og delen skal opfylde krav til efterfølgende bearbejdning og bæreevne. Billede
Figur 1: Skematisk over det U-formede panels profil og dimensioner
Under fremstillingen opstod der et brud på ydersiden af R35mm-buen ved endeafsnittet efter formningsprocessen. Bruddet spændte over to-tredjedele af panelets bredde, hvilket gjorde panelet skrot (se figur 2).
Billede
Figur 2: Brud efter dannelse
Grundårsagsanalyse og verifikation
Det U-formede panel er fremstillet ved hjælp af en proces, der involverer laserkonturskæring efterfulgt af formning. For at udnytte materialets retningsegenskaber og sikre, at det dannede område forblev fri for defekter såsom revner, blev formningsoperationen udført vinkelret på rulleretningen. For at finde frem til årsagen til bruddet blev der udført en systematisk verifikation, hvor både materialeegenskaber og formningsprocessen blev undersøgt.
3.1 Verifikation med affaldsmateriale fra den centrale sektion
Produktspecifikationerne krævede, at bøjningen var vinkelret på rulleretningen med en bøjningsradius på 35 mm og en vinkel på 108 grader. Gen-testspecifikationer krævede en bøjning parallelt med rulleretningen med en radius på 50 mm og en vinkel på 180 grader; bøjningsydelse vinkelret på rulleretningen er bedre end i andre retninger. For at verificere, om bøjningsretningen for den fejlbehæftede komponent var korrekt, blev formningstests- udført på skrotmateriale fra nær fejlzonen (specifikt området med udskæring af ende-sektionen) i begge retninger- vinkelret og parallelt med rulleretningen. I testen vinkelret på rulleretningen brækkede den ydre overflade næsten fuldstændigt (se figur 3); i prøven parallelt med rulleretningen brækkede materialet fuldstændigt, og skaden var mere alvorlig end i den vinkelrette prøve (se figur 4). Det blev således bekræftet, at revnedannelsen under formningen ikke var forårsaget af et forkert valg af bøjningsretning i forhold til rulleretningen.
Billede
Figur 3: Verifikation vinkelret på rulleretningen
Billede
Figur 4: Verifikation parallelt med rulleretning
3.2 Bekræftelse af materialesammensætning
Partiet af metalplader blev efterset; gen-test af kemisk sammensætning (se tabel 1) og mekaniske egenskaber (se tabel 2) bekræftede overensstemmelse med EN485-standarderne. Dette udelukkede muligheden for, at fejlen var forårsaget af ikke--overensstemmende kemisk sammensætning eller mekaniske egenskaber. Tabel 1 Materialets kemiske sammensætning (massefraktion) (%)
[Billede]
Tabel 2 Materialets mekaniske egenskaber
[Billede]
Bøjningsydelsen kan vurderes kvantitativt baseret på arkets forlængelse. Forholdet mellem forlængelse, pladetykkelse og bøjningsradius kan udtrykkes med følgende formel [2]:
δ = (t/2) / (t/2 + r) (1)
Hvor δ er forlængelsen (%); t er pladetykkelsen (mm); og r er bøjningsradius (mm).
Baseret på forlængelses- og tykkelsesværdierne i tabel 2 er den beregnede bøjningsradius for pladen ca. 36,6 mm. Dette er tæt på produktkravet på 35 mm, hvilket indikerer, at materialets bøjningsevne er tilfredsstillende.
3.3 Inspektion af formematricen
Inspektion af formningsmatricen afslørede en relativt ru overflade. Men da denne matrice tidligere havde produceret andre partier af plader uden problemer, og en testpresning med en 12 mm plade af samme materiale heller ikke viste nogen abnormiteter, blev det konkluderet, at selvom matricens overfladeruhed øgede overfladeskade og modstand under formningsprocessen, var det ikke den primære faktor.
3.4 Verifikation af bøjningsydelse
(1) Verifikation af prøvebøjningsydeevne (detaljer nedenfor):
1) Prøver blev taget fra den 130 mm brede centrale sektion af det U--formede panel (område A, se figur 5). Bøjningstests blev udført på to prøver orienteret vinkelret på rulleretningen og to parallelle med rulleretningen. Testene fulgte tekniske krav til geninspektion af pladebøjning- ved brug af en formningsradius på 50 mm og en bøjningsvinkel på 180 grader.
[Billede]
Figur 5 Skematisk over testområder på panelet
2) Da materialets ydeevne er svagere, når det bøjes parallelt med rulleretningen sammenlignet med vinkelret på det, blev bøjning parallelt med rulleretningen udført først. Baseret på pladetykkelsen og materialespecifikationerne blev der brugt en 50 mm radius (R50) stanse ved en hastighed på 20 mm/min for at opnå en 180 graders bøjning. Der blev ikke observeret revner (se figur 6), hvilket viser, at materialets bøjningsevne i den centrale del af det U-formede panel opfylder kravene. Billede
Figur 6: Bøjningsadfærd for område A parallelt med rulleretningen
3) For yderligere at verificere pladens bøjningsydeevne og tilpasse produktets bøjningsradiuskrav blev der udført en bøjningstest med en R30 mm stanse vinkelret på rulleretningen. To sæt testhastigheder blev udvalgt til sammenligning: 20 mm/min (standard bøjningstesthastighed) og 300 mm/min (produktionsformningshastighed). Resultaterne viste ingen revner i nogen af sætene efter en 180 graders bøjning, som illustreret i figur 7.
Billede
Figur 7: Bøjningsadfærd for område A vinkelret på rulleretningen
Det er således tydeligt, at det U-formede kappe-som udviste revner i enderne-viser god bøjningsydeevne i dens centrale sektion (Area A), der opfylder både materialets bøjningsydelsesspecifikationer og produktets krav til dannelsesradius.
(2) Dannelse af verifikation af den defekte komponent (slutafsnit). Detaljer er som følger:
1) Baseret på verifikationsresultaterne for bøjningsydeevnen for den centrale sektion af det U--formede kappe, blev der udført yderligere test for at bestemme, om der var signifikante forskelle i materialeegenskaber i endeområderne. Formningsverifikation blev udført på områder B, C og D af den defekte (revnede) komponent; placeringerne er vist i figur 5. En sammenligning af bøjningstestene er vist i figur 8, og resultaterne er angivet i tabel 3.
Billede
Figur 8: Sammenligning af bøjningsresultater for områderne B, C og D
Tabel 3: Bøjningsresultater
Billede
2) Baseret på resultaterne i tabel 3 blev prøver fremstillet fra sektionerne på hver side mellem område C og område D til yderligere bøjningstest. To prøver blev taget fra den "revnede side" og to fra den "ikke-revnede side."
Verifikation af bøjningsydeevne i henhold til standarder for gen-eftersyn af råmateriale (vinkelret på rulleretningen; R50 mm stempel; hastighed: 20 mm/min): Der blev ikke observeret revnedannelser ved 180 grader for prøver fra enten de revnede eller ikke-revnede sider, som vist i figur 9. Dette bekræfter, at materialets specifikke ydeevne opfylder bøjningen.
Billede
a) Revnet side
Billede
b) Ikke-revnet side
Figur 9: Bøjningsadfærd (vinkelret på rulleretningen) af sektionen mellem område C og D
Verifikation af simuleret produktdannelse (R30 mm stansning; hastighed: 300 mm/min): Prøven fra den ikke-revnede side viste ingen revner ved 180 grader; prøven fra den revnede side udviste revner ved ca. 60 grader, som vist i figur 10. Dette viser eksistensen af u-ensartede mekaniske egenskaber ved enderne af materialet.
Billede
a) Ikke-revnende side
Billede
b) Revnende side
Figur 10: Verifikation af produktets form- og bøjningsadfærd
Det er således indlysende, at den primære årsag til revner under formning er uensartetheden af mekaniske egenskaber på tværs af arket; udførelse af rum--kompressionsstøbning under betingelser, der overstiger gen-prøvebøjningsstandarderne, udgør en risiko for revner.
Procesoptimering og verifikation
Baseret på analysen ovenfor blev optimeringsforanstaltninger formuleret og verificeret på tværs af flere dimensioner, herunder formens tilstand, formningshastighed, materialeforbehandling, smøring og kvalitetsinspektion.
4.1 Optimering af matricens overfladeruhed
I den oprindelige proces var matricens overfladeruhed (Ra) 1,6 μm; høj overfladefriktion gjorde materialet tilbøjeligt til overfladespændingskoncentration. Præcisionspolering blev påført på støbeformens arbejdsflader for at reducere ruheden (Ra) til under 0,4 μm. Denne reducerede friktion mellem materialet og matricen og sænkede overfladespændingskoncentrationen, hvilket resulterer i mere ensartet materialedeformation og forhindrer revner forårsaget af lokal spændingsoverbelastning.
4.2 Optimering af formningshastighed
Den oprindelige formningshastighed var 300 mm/min, en hastighed, der kan have været uforenelig med materialets plastiske reaktionsgrænser. Hastigheden blev optimeret til et område på 120-180 mm/min ved hjælp af en langsom, konstant-hastighedsformningsmetode. Dette gav materialet tilstrækkelig tid til at gennemgå plastisk deformation og fuldstændigt fjerne deformationsspændinger og derved undgå spændingskoncentrationer og revner forårsaget af for store deformationshastigheder.
4.3 Materialeforvarmningsproces
EN AW-6082-T651 aluminiumslegeringen udviser relativt lav plasticitet ved stuetemperatur; forvarmning kan øge plasticiteten og reducere deformationsmodstanden. I øjeblikket dækker ældningsprocesparametrene til fremstilling af 6082-T6 aluminiumsplader et bredt område (ældningstemperaturer på 155-190 grader og holdetider på 2,5-20 timer), med mekaniske egenskaber, der konsekvent opfylder relevante standarder (såsom EN 485) [3-5]. Forvarmning af emnets formningszone til ca. 100 grader øger plasticitetsreserverne, reducerer deformationsmodstand og spændingskoncentration under støbeprocessen og hæmmer revnedannelse. 4.4 Optimering af matricesmøring
Den oprindelige proces manglede smøreforanstaltninger eller specialiserede film for at reducere friktionsmodstanden mellem emnet og matricen. Den optimerede proces anvender et specialiseret smøremiddel til formning af aluminiumslegeringer, som påføres jævnt via sprøjtning. Dette skaber en ensartet smørende film ved kontaktfladen, sænker friktionskoefficienten og reducerer overfladeridser og spændingskoncentrationer, samtidig med at lokaliseret materialenedbrydning forårsaget af friktionsoverophedning forhindres.
4.5 Post-Detektion af dannelsesfejl
For hurtigt at opdage overfladedefekter blev der indført et trin til registrering af-dannende fejl. Væskegennemtrængningstest bruges til at udføre 100 % inspektion af den ydre bue og overgangszoner af den formede del, screening for overflade- og -nær overfladerevner for at sikre fravær af overfladedefekter.
4.6 Verifikation af optimeringsresultater
To stykker affaldsmateriale, der udviser lignende dannelse af revner, blev udvalgt til verifikation. Processen involverede: slibning af kanterne af det dannede område for at fjerne grater og flash; forvarmning af bøjningszonen til ca. 100 grader; påføring af smøremiddel på hunmatricen for at reducere friktionen; og endelig reduktion af formningshastigheden efterfulgt af penetranttest. Verifikationsresultater viste kun mindre overfladespor (ca. 3 mm i længden) i lokale områder, som blev elimineret ved let slibning, hvilket viste signifikant optimeringseffektivitet (se figur 11).
Billede
a) Prøve 1
Billede
b) Prøve 2
Figur 11 Fejldetektion af optimerede prøver
Konklusion
Dette papir behandler spørgsmålet om revner i U-formede dele lavet af EN AW 6082-T651 aluminiumslegering medium-tyk plade. Gennem systematisk analyse og verifikation blev grundårsagen til revnedannelsen identificeret som en kombination af faktorer: Relativt lave mekaniske egenskaber ved materialeenderne (på trods af opfyldelse af standardkrav), en snæver bøjningsvinkel og en uforenelig formningsproces. Baseret på disse resultater blev der foreslået et omfattende procesoptimeringsskema, der dækkede kontrol af formens overfladeruhed, formningshastighedsoptimering, materialeforvarmning, matricesmøring og efterformning af fejldetektion. Praktisk verifikation bekræftede, at denne tilgang effektivt løste revneproblemet og opnåede formkvalitet, der opfylder tekniske krav.
