Análise dos efeitos de diferentes chapas metálicas (por exemplo, alumínio, aço inoxidável, chapa galvanizada) na dobragem de bordas e no desempenho de laminação

Os processos de bainha dobrável são processos centrais da fabricação de automóveis, produção de eletrodomésticos e processamento de máquinas de precisão, que influenciam diretamente a resistência estrutural, o desempenho de vedação e a qualidade da superfície do produto. Devido às diferenças na estrutura cristalina, propriedades mecânicas e características de superfície de diferentes materiais metálicos, as características do processo são óbvias no processo de dobramento e franjas. Tomando como exemplo liga de alumínio, aço inoxidável e chapa de aço galvanizado, a influência das propriedades de seus materiais no processo de dobramento e enrolamento é sistematicamente analisada, e as estratégias de otimização são apresentadas de acordo com o exemplo de engenharia.
1. Mecanismo de características do material que influenciam o processo marginal
1.1 Características de dobramento de borda da liga de alumínio
As ligas de alumínio (como a série 6016) possuem arestas exclusivas na bainha devido ao baixo limite de escoamento (aproximadamente 140–180 MPa) e alto alongamento (maior ou igual a 25%). Por meio da análise de elementos finitos, o fluxo de material na zona de deformação é uniforme e a distribuição tangencial da distribuição de tensão de tração é mais uniforme do que o aço carbono no processo de abertura e torneamento das bordas do alumínio 6016, reduzindo efetivamente o risco de rachaduras nas bordas. Por exemplo, no processo de dobramento de um motor a gás de combustão, a liga de alumínio 6016 pode ter um fator de giro limite de 0,68, 9,7% maior que o fator de giro limite da chapa de aço DC04 (0,62), permitindo maior altura de giro e geometria mais complexa.
No entanto, o alto índice de endurecimento por deformação (valor n) da liga de alumínio (0,2-0,3) resulta em maior recuperação após dobramento das bordas do que o aço. Dados de medição da tampa frontal do carro elétrico mostraram que a dobra da borda do alumínio tinha um ângulo de retorno elástico de 3,2 graus, 77,8% maior que a mesma espessura das chapas de aço (1,8 graus). Para controlar a recuperação, as seguintes medidas devem ser tomadas:
Aumente o raio do filete do flange (recomendado r maior ou igual a 0,5t, t é a espessura da chapa).
Coeficiente de compensação de matriz otimizado (K=1.05–1,10).
Implementar calibração secundária.
1.2 Desafio de dobra lateral em aço inoxidável
O aço inoxidável austenítico (por exemplo, 304) enfrenta dois grandes desafios na dobragem devido ao limite de escoamento maior ou igual a 205 MPa e alongamento relativamente baixo maior ou igual a maior ou igual a 40%:
Fissuração na borda: a alta resistência leva a uma concentração de tensão de tração tangencial concentrada na zona de deformação, e a borda do furo está sujeita a microfissuras quando o coeficiente de giro é inferior a 0,58. Um estudo de caso de uma empresa de equipamentos de cozinha mostra que o aço inoxidável 304 teve uma taxa de trinca de 12 12% quando tinha uma altura de flange de 8 mm, enquanto o alumínio 6016 teve uma taxa de trinca de apenas 2% nas mesmas condições.
Endurecimento por trabalho: quando o valor n-é 0.3 -0.5, a dureza do material aumenta em 30% a 50% após a dobra da borda, aumentando bastante o desgaste do molde no forjamento.
Para resolver o problema da bainha de aço inoxidável, as práticas de engenharia geralmente incluem:
o diâmetro do furo pré{0}}perfurado aumentou de 5% a 8% para compensar o ressalto.
Nitrogênio líquido foi usado para reduzir a tensão de fluxo do material.
O coeficiente de atrito foi reduzido pelo nano lubrificante (μ menor ou igual a 0,08).
1.3 Características do processo de chapa de aço galvanizado.
As propriedades de dobramento das bordas da chapa de aço galvanizado (por exemplo, DC04+ZE) são fortemente influenciadas pelo revestimento:
Chapa galvanizada: A chapa galvanizada tem 5 – 10 μm de espessura, com forte adesão aos substratos. No processo de dobramento das bordas, o revestimento de zinco deforma-se em sincronia com os substratos e não é fácil de cair. No entanto, a dureza do revestimento de zinco (HV 180-220) é superior à do substrato (HV 140-160), resultando numa concentração de tensão nos cantos vivos quando as bordas se dobram.
Chapa galvanizada-por imersão a quente: com uma espessura de revestimento de 20–40 μm e plasticidade relativamente baixa, o revestimento de zinco é propenso a rachaduras na rede quando a altura do flange excede 6 mm. Testes realizados por uma empresa de eletrodomésticos mostram que quando os aros foram aumentados para 8 mm de altura, a camada termogalvanizada estava com apenas 65% de taxa, enquanto a chapa eletrogalvanizada estava 92% completa.
As soluções de otimização incluem:
Controle a velocidade da bainha (menor ou igual a 50 mm/s) para reduzir a descamação do revestimento.
É adotado o processo de dobramento escalonado (formação em duas etapas).
Aumente o ângulo de decapagem (1 grau –2 graus) para reduzir o atrito.
2. Reação do material durante o rasgamento
2.1 Pressão de bainha e deformação do material
A pressão de bainha é um índice importante da conformabilidade do material. Com base nos dados de simulação do Dynaform:
A pressão pré-rolo da liga de alumínio 6016 foi em média de 502 N e a pressão final da bainha foi de 1.327 N.
A pressão de pré-rolamento da chapa de aço DC04 foi em média 860N e a pressão de bainha final é de 1.852 N.
a liga de alumínio requer pressão de flexão 40% a 42% menor do que o aço, principalmente devido ao seu baixo módulo de elasticidade elástica (70GPa vs 70GPa). 210 GPa) e uma alta taxa de deformação plástica-(valor de r 1,2: 0,8).
2.2 Controle de efeito de onda
A resistência ao escoamento do material afeta diretamente a qualidade da superfície após a ondulação.. 6016 a liga de alumínio tem uma resistência ao escoamento de 140 MPa e uma altura de onda de 0,15 mm após a ondulação, que é 53% menor que a altura da onda- (0,32 mm) da chapa de aço DC04 sob a mesma força de ondulação. Isso o torna ideal para painéis de bainha de painel externo automotivo. A rugosidade da superfície das peças de bainha de liga de alumínio pode chegar a 0,8 μm, o que atende aos requisitos de superfície de-classe A de modelos-de última geração.
2.3 Gerenciamento de recuo
No processo de ondulação (recuo), a quantidade de material que flui para o flange deve ser estritamente controlada.. 6016 o recuo da liga de alumínio é 15% a 20% maior do que o recuo da placa de aço. Se os parâmetros do processo não forem controlados adequadamente, podem levar a:
Bainha incompleta (folga > 0,1 mm).
Concentração de tensões nas bordas (levando a trincas por fadiga).
Uma empresa automobilística controla recuos com precisão de 0,3 mm:
controle de pressão segmentado (pressão inicial reduzida em 30%) é usado para pré-ondulação.
Aumenta o tempo de permanência (de 2 a 4 ss) durante a bainha final.
Otimize a folga da matriz (1,1t vs.
3. Prática de Engenharia de Seleção de Materiais e Otimização de Processos
3.1 Estudo de caso: Painéis de carroceria automotiva
A nova placa externa da tampa frontal do carro usa material de alumínio 6016 para substituir o material de aço tradicional, obtendo melhorias de qualidade por meio das seguintes inovações de processo:
Pré-tratamento do material: O tratamento térmico T4 (tratamento em solução + envelhecimento natural) resultou em um controle de rendimento de 160 MPa e um aumento no alongamento para 28%.
Projeto da matriz: Redução do atrito e extensão da vida útil da matriz de 50.000 para 200.000 semanas com revestimento DLC (dureza HV2500).
Monitoramento do Processo: Instale sensores de pressão (precisão ±1 N), ajuste a força de ondulação em tempo real e controle a altura da onda na faixa de ±0,05 mm.
3.2 Estudo de caso: Revestimento Interno de Aço Inoxidável de Eletrodomésticos
O revestimento-de última geração do refrigerador, feito de aço inoxidável 304, pode resolver o problema de rachaduras nas bordas do refrigerador:
Atualização de lubrificação: o coeficiente de atrito é reduzido de 0,2 para 0,06 usando grafeno-contendo nano-lubrificante.
Melhoria do processo: usando ``pré-estampagem → dobra criogênica → tratamento de recozimento"processo de três-etapas para aumentar a altura da borda de 6 mm para 10 mm.
Otimização da matriz: aumente o filete do punção do raio do flange de 0,3t para 0,5t e diminua a taxa de trinca de 8% para 0,5%.
3.3 Estudo de caso: Chapa de Aço Galvanizado para Estruturas de Edifícios
Na engenharia de estruturas de aço de chapas galvanizadas-por imersão a quente para fazer telhas, o problema de descascamento do revestimento de zinco no processo de dobramento de paredes é resolvido pelas seguintes medidas:
Controle de revestimento: Reduza a espessura do revestimento de 30 mícrons para 20 mícrons para equilibrar a resistência à corrosão e a modelagem.
Parâmetros do processo: Redução da velocidade da bainha de 80 mm/s para 40 mm/s e aumento do tempo de permanência de 1 s para 3 s.
Pós-tratamento: aumento de pellets de injeção (intensidade Almen 0,15A) para remover a tensão residual da dobra da borda.
4. Tendências e desafios de desenvolvimento futuro
A crescente demanda por ligas leves de alumínio (como a série 7075) e aços avançados de alta-resistência (como DP980) levou ao aumento de aplicações, apresentando novos desafios aos processos de bainha e ondulação:
Ligas de alumínio-de alta resistência: limites de escoamento superiores a 500 MPa requerem o desenvolvimento de processos de moldagem térmica (150–250 graus) para reduzir a resistência à deformação.
Aços de alta-geração-de terceira geração: apenas 10% a 15%, requerem formação hidráulica em combinação com técnicas de aquecimento local.
Compósitos: Os problemas de ligação interfacial entre materiais diferentes precisam ser resolvidos na dobra lateral da placa composta de aço-alumínio.
Conclusão:
Diferentes chapas metálicas variam muito no processo de dobramento e orla: a liga de alumínio é o material preferido para placas externas devido ao baixo limite de escoamento e alto alongamento, mas requer controle rigoroso de ressalto e recuo; o aço inoxidável requer atualizações de lubrificação e inovações de processo para resolver rachaduras; chapa de aço galvanizada requer equilíbrio entre espessura de revestimento e conformabilidade. No futuro, com o desenvolvimento da ciência dos materiais e da tecnologia de conformação, o processo de dobramento e ondulação de carrocerias de automóveis híbridas multi-materiais se tornará um tema importante, o que requer inovação colaborativa em design de materiais, otimização de moldes e controle de processos.