1 Zastosowanie stopów aluminium w przemyśle motoryzacyjnym
Obecnie ponad 12–15% światowego zużycia aluminium jest wykorzystywane przez przemysł motoryzacyjny, a w niektórych krajach rozwiniętych przekraczało 25%. W 2002 roku cały europejski przemysł motoryzacyjny zużywał ponad 1,5 miliona ton stopu aluminium rocznie. Około 250 000 ton metrycznych zużyto do produkcji nadwozi, 800 000 ton metrycznych do produkcji układów przeniesienia napędu, a kolejne 428 000 ton metrycznych do produkcji układów napędowych i zawieszenia pojazdów. Nie ulega wątpliwości, że przemysł motoryzacyjny stał się największym konsumentem materiałów aluminiowych.
2 Wymagania techniczne dla blach aluminiowych do tłoczenia
2.1 Wymagania dotyczące formowania i matrycowania blach aluminiowych
Proces formowania stopu aluminium jest podobny do procesu formowania zwykłych blach walcowanych na zimno, z możliwością zmniejszenia ilości odpadów i produkcji złomu aluminiowego poprzez dodanie procesów. Występują jednak różnice w wymaganiach dotyczących matryc w porównaniu z blachami walcowanymi na zimno.
2.2 Długoterminowe przechowywanie blach aluminiowych
Po starzeniu i hartowaniu, granica plastyczności blach aluminiowych wzrasta, co zmniejsza ich podatność na obróbkę krawędzi. Podczas produkcji matryc, należy rozważyć użycie materiałów spełniających najwyższe wymagania specyfikacji i przeprowadzić weryfikację wykonalności przed rozpoczęciem produkcji.
Olej do rozciągania/środek antykorozyjny używany w produkcji ma tendencję do ulatniania się. Po otwarciu opakowania arkusza należy go natychmiast zużyć lub oczyścić i naoliwić przed tłoczeniem.
Powierzchnia jest podatna na utlenianie i nie powinna być przechowywana na otwartej przestrzeni. Wymagane jest specjalne opakowanie.
3 Wymagania techniczne dla blach aluminiowych tłoczonych w procesie spawania
Główne procesy spawalnicze stosowane podczas montażu korpusów ze stopów aluminium obejmują spawanie oporowe, spawanie metodą CMT na zimno, spawanie elektrodą wolframową w osłonie gazów obojętnych (TIG), nitowanie, dziurkowanie oraz szlifowanie/polerowanie.
3.1 Spawanie bez nitowania blach aluminiowych
Elementy z blachy aluminiowej bez nitowania powstają w procesie wytłaczania na zimno dwóch lub więcej warstw blachy za pomocą urządzeń ciśnieniowych i specjalnych form. Proces ten tworzy zatopione punkty połączeń o określonej wytrzymałości na rozciąganie i ścinanie. Grubość blach łączących może być taka sama lub różna, a także mogą one zawierać warstwy klejące lub inne warstwy pośrednie, przy czym materiały mogą być takie same lub różne. Metoda ta zapewnia dobre połączenia bez konieczności stosowania łączników pomocniczych.
3.2 Zgrzewanie oporowe
Obecnie spawanie oporowe stopów aluminium wykorzystuje zazwyczaj procesy spawania oporowego o średniej lub wysokiej częstotliwości. Ten proces spawania topi metal bazowy w zakresie średnic elektrody spawalniczej w niezwykle krótkim czasie, tworząc jeziorko spawalnicze.
Miejsca spawania szybko schładzają się, tworząc połączenia, przy minimalnym ryzyku generowania pyłu aluminiowo-magnezowego. Większość powstających dymów spawalniczych składa się z cząstek tlenków z powierzchni metalu oraz zanieczyszczeń powierzchniowych. Podczas procesu spawania zapewniona jest lokalna wentylacja wyciągowa, która szybko usuwa te cząstki do atmosfery, a osadzanie się pyłu aluminiowo-magnezowego jest minimalne.
3.3 Spawanie metodą CMT na zimno i spawanie metodą TIG
Te dwa procesy spawania, dzięki ochronie gazem obojętnym, wytwarzają w wysokich temperaturach mniejsze cząstki aluminium i magnezu. Cząstki te mogą przedostać się do środowiska pracy pod wpływem łuku elektrycznego, stwarzając ryzyko wybuchu pyłu aluminium i magnezu. Dlatego konieczne jest podjęcie środków ostrożności i środków zapobiegawczych oraz zapobiegających wybuchowi pyłu.
4 Wymagania techniczne dla blach aluminiowych tłoczonych w procesie walcowania krawędzi
Różnica między walcowaniem krawędzi stopów aluminium a zwykłym walcowaniem krawędzi blachy walcowanej na zimno jest znacząca. Aluminium jest mniej ciągliwe niż stal, dlatego należy unikać nadmiernego nacisku podczas walcowania, a prędkość walcowania powinna być stosunkowo niska, zazwyczaj 200-250 mm/s. Każdy kąt walcowania nie powinien przekraczać 30°, a walcowanie w kształcie litery V powinno być unikane.
Wymagania temperaturowe dla walcowania stopów aluminium: Walcowanie powinno odbywać się w temperaturze pokojowej 20°C. Detale pobrane bezpośrednio z chłodni nie powinny być od razu poddawane walcowaniu krawędzi.
5 form i cech walcowania krawędzi blach aluminiowych tłoczonych
5.1 Formy walcowania krawędzi blach aluminiowych tłoczonych
Walcowanie konwencjonalne składa się z trzech etapów: wstępnego walcowania wstępnego, wtórnego walcowania wstępnego i końcowego. Jest ono zazwyczaj stosowane, gdy nie ma szczególnych wymagań wytrzymałościowych, a kąty nachylenia kołnierza zewnętrznego blachy są normalne.
Walcowanie w stylu europejskim składa się z czterech etapów: wstępnego walcowania wstępnego, wtórnego walcowania wstępnego, końcowego walcowania i walcowania w stylu europejskim. Jest ono zazwyczaj stosowane do walcowania długich krawędzi, takich jak okładki przednie i tylne. Walcowanie w stylu europejskim może być również stosowane w celu redukcji lub eliminacji wad powierzchni.
5.2 Charakterystyka walcowania krawędzi blach aluminiowych tłoczonych
W przypadku urządzeń do walcowania elementów aluminiowych dolną formę i blok wkładany należy regularnie polerować i konserwować papierem ściernym o granulacji 800–1200#, aby mieć pewność, że na powierzchni nie ma żadnych resztek aluminium.
6 różnych przyczyn wad powstających w wyniku walcowania krawędzi aluminiowych arkuszy tłoczonych
W tabeli przedstawiono różne przyczyny powstawania wad powstających w wyniku walcowania krawędzi elementów aluminiowych.
7 Wymagania techniczne dotyczące powlekania blach aluminiowych tłoczonych
7.1 Zasady i efekty pasywacji wodnej blach aluminiowych do tłoczenia
Pasywacja metodą płukania wodą polega na usuwaniu naturalnie utworzonej warstwy tlenków i plam olejowych z powierzchni elementów aluminiowych. Poprzez reakcję chemiczną między stopem aluminium a roztworem kwasu, powstaje gęsta warstwa tlenków na powierzchni przedmiotu obrabianego. Warstwa tlenków, plamy olejowe, spawanie i klejenie powierzchni elementów aluminiowych po tłoczeniu mają na to wpływ. Aby poprawić przyczepność klejów i spoin, stosuje się proces chemiczny, który utrzymuje długotrwałe połączenia klejowe i stabilność rezystancji powierzchni, zapewniając lepszą jakość spawania. Dlatego elementy wymagające spawania laserowego, spawania metodą zimnego przejścia metalu (CMT) i innych procesów spawalniczych muszą zostać poddane pasywacji metodą płukania wodą.
7.2 Przebieg procesu pasywacji wodnej blach aluminiowych do tłoczenia
Urządzenia do pasywacji metodą mycia wodą składają się z obszaru odtłuszczania, obszaru przemysłowego mycia wodą, obszaru pasywacji, obszaru płukania czystą wodą, obszaru suszenia oraz układu wyciągowego. Elementy aluminiowe przeznaczone do obróbki umieszczane są w koszu myjącym, mocowane i opuszczane do zbiornika. W zbiornikach zawierających różne rozpuszczalniki, elementy są wielokrotnie płukane wszystkimi roztworami roboczymi znajdującymi się w zbiorniku. Wszystkie zbiorniki wyposażone są w pompy obiegowe i dysze, aby zapewnić równomierne płukanie wszystkich elementów. Przebieg procesu pasywacji metodą mycia wodą jest następujący: odtłuszczanie 1 → odtłuszczanie 2 → mycie wodą 2 → mycie wodą 3 → pasywacja → mycie wodą 4 → mycie wodą 5 → mycie wodą 6 → suszenie. Odlewy aluminiowe mogą pominąć etap mycia wodą 2.
7.3 Proces suszenia w celu pasywacji wodnej aluminiowych arkuszy tłoczonych
Podniesienie temperatury elementu od temperatury pokojowej do 140°C zajmuje około 7 minut, a minimalny czas utwardzania klejów wynosi 20 minut.
Elementy aluminiowe są podgrzewane od temperatury pokojowej do temperatury przetrzymania w ciągu około 10 minut, a czas przetrzymania aluminium wynosi około 20 minut. Po przetrzymaniu, aluminium jest schładzane od temperatury samoutrzymania do 100°C przez około 7 minut. Po przetrzymaniu, aluminium jest schładzane do temperatury pokojowej. Zatem cały proces suszenia elementów aluminiowych trwa 37 minut.
8 Wnioski
Nowoczesne samochody ewoluują w kierunku lekkości, szybkości, bezpieczeństwa, komfortu, niskich kosztów, niskiej emisji i energooszczędności. Rozwój przemysłu motoryzacyjnego jest ściśle powiązany z efektywnością energetyczną, ochroną środowiska i bezpieczeństwem. Wraz ze wzrostem świadomości ekologicznej, blachy aluminiowe oferują niezrównane korzyści pod względem kosztów, technologii produkcji, właściwości mechanicznych i zrównoważonego rozwoju w porównaniu z innymi lekkimi materiałami. Dlatego też stopy aluminium staną się preferowanym lekkim materiałem w przemyśle motoryzacyjnym.
Edytowane przez May Jiang z MAT Aluminum
Czas publikacji: 18 kwietnia 2024 r.
