Las causas de los patrones de piel de tigre y piel de naranja en los discos de aluminio utilizados en utensilios de cocina durante el estampado y el estiramiento.

1. Introducción: Impactos industriales de los defectos de textura superficial en discos de aluminio para utensilios de cocina

Discos de aluminio para utensilios de cocina (hecho principalmente de 3003, 5052, y 1100 aleaciones, con un espesor de 0,8-3,0 mm) A menudo desarrollan dos defectos superficiales típicos después del estampado y el dibujo.: “rayas de tigre” (periódico, patrones claros y oscuros en forma de tiras con un espaciado de 2-5 mm) y “cáscara de naranja” (irregular, superficies rugosas irregulares con una rugosidad Ra >1.6µm). Sus peligros se reflejan en tres aspectos.:

Fallo de apariencia: Incumplimiento del estándar de la industria para superficies de utensilios de cocina (“sin patrones visibles, Ra ≤0,8μm”) (p.ej., GB/T 32073-2015 Utensilios de cocina de aluminio y aleación de aluminio), con una tasa máxima de defectos de 25%;

Riesgos de desempeño: Las manchas de aceite y los microorganismos se acumulan fácilmente en las zonas texturizadas., y concentración de tensiones locales (El estrés en las zonas con rayas de tigre es 30% más alto que en áreas normales) Reduce la resistencia a la corrosión de los utensilios de cocina. (La vida útil de la prueba de niebla salina se acorta por 40%);

Pérdidas de costos: Los defectos aumentan la tasa de retrabajo, aumentando el costo unitario de procesamiento en 15-20% (p.ej., una fábrica de utensilios de cocina sufre pérdidas anuales superiores 2 millones de yuanes debido a la piel de naranja).

La esencia de estos dos defectos reside en deformación plástica desigual del material, pero sus mecanismos de formación difieren, que requiere una trazabilidad precisa desde múltiples dimensiones. Notablemente, Analizar estos defectos es una parte clave para abordar los problemas en el procesamiento de discos de aluminio para utensilios de cocina..

2. Definición y diferenciación de características de las rayas de tigre y la piel de naranja

(1) Rayas de tigre

Características de apariencia: Franjas claras y oscuras periódicas distribuidas a lo largo de la dirección del dibujo., que aparece principalmente en piezas embutidas profundas (p.ej., paredes laterales de la olla). El espacio entre franjas disminuye a medida que aumenta la profundidad del dibujo. (2Espaciado en mm a 50 mm de profundidad., 1.2Espaciado en mm a 80 mm de profundidad.);

Indicadores de prueba: Visible a simple vista (observado en un ángulo de 45° bajo luz natural), con una desviación de espesor >8% en áreas de rayas (≤5% en áreas normales). La observación metalográfica muestra que la orientación del grano en las áreas de las franjas está dispuesta de manera direccional.;

Escenario típico: Muy frecuente en el procesamiento de vasijas embutidas (relación de dibujo >2.0) usando 3003 Discos de aluminio O-temper.

(2) Cáscara de naranja

Características de apariencia: Superficies irregulares, irregulares y rugosas., textura similar a la piel de naranja, Aparece principalmente en piezas dibujadas poco profundas. (p.ej., fondos de sartén) o piezas estampadas, con una altura desigual de 0,05-0,2 mm;

Indicadores de prueba: Rugosidad superficial Ra >1.6µm (Los utensilios de cocina calificados requieren Ra ≤0,8 μm.), con una sensación granular distintiva cuando se toca. La observación microscópica revela una gran cantidad de pequeñas protuberancias. (0.1-0.5mm de diámetro) en la superficie;

Escenario típico: Muy frecuente en el procesamiento de sartenes de paredes finas (espesor <1.2milímetros) usando 5052 Discos de aluminio templado H14..

3. Causas principales de las rayas de tigre: Fluctuaciones periódicas de tensión y deformación direccional

(1) Diferencias direccionales en la microestructura del material

Orientación desigual del grano: Durante el laminado de discos de aluminio., velocidad de rodadura desigual (p.ej., ±5% de fluctuación en la velocidad del laminador en frío) hace que los granos se alineen direccionalmente a lo largo de la dirección de rodamiento (grado de textura >0.8). Durante el estampado y el dibujo., Los granos direccionales sufren fácilmente “recibo de lote” en la dirección del estrés, formando bandas de deformación periódicas. Cuando el espaciado de estas bandas de deformación interfiere con la longitud de onda de reflexión de la luz (400-760Nuevo Méjico), Aparecen rayas de tigre claras y oscuras alternas..

Ejemplo: Debido a las fluctuaciones en la velocidad de laminación en frío (20m/min → 22 m/min) de 3003 Discos de aluminio O-temper en una fábrica., el grado de textura alcanzado 0.85, y la incidencia de rayas de tigre en vasijas embutidas aumentó de 5% a 32%.

Distribución periódica de partículas de segunda fase.: En 3003 aleación de aluminio, Partículas de segunda fase de AlFeSi (1-3µm de diámetro) puede formar agregados periódicos (2-5espaciado mm) durante el rodaje. Durante el dibujo, La concentración de tensiones ocurre fácilmente en la matriz alrededor de las partículas., formando franjas de deformación consistentes con el período de distribución de partículas. Cuando la fracción de volumen de partículas >1.2%, La incidencia de las rayas de tigre aumenta significativamente. (28% incidencia en 1.5% fracción de volumen, solo 8% en 1.0%).

(2) Fluctuaciones periódicas en los parámetros del proceso

Cambios pulsantes en la velocidad de dibujo: Si la presión del sistema hidráulico en una máquina trefiladora hidráulica es inestable (Fluctuación de ±0,5 MPa), la velocidad de dibujo cambiará de forma pulsante (p.ej., 1.0m/s → 1,2 m/s → 1,0 m/s). Cuando la velocidad aumenta bruscamente, la tasa de deformación local del material excede la tasa de recuperación dinámica (aproximadamente 0,8 m/s para 3003 O-temperamento), formando “bandas de sobredeformación”; cuando la velocidad cae bruscamente, la deformación se ralentiza para formar “bandas de deformación débiles”. La apariencia alterna de estas bandas forma rayas de tigre..

Datos de laboratorio: Cuando la velocidad de dibujo fluctúa en ±10%, La incidencia de las rayas de tigre aumenta desde 6% a 21%.

Desequilibrio periódico de la fuerza del soporte en blanco: Si la fuerza del portapiezas fluctúa periódicamente con la carrera de estampado (p.ej., ±15% de fluctuación de fuerza causada por el desgaste del mecanismo de soporte de pieza en bruto tipo leva), la velocidad del flujo del material del borde del disco de aluminio cambiará periódicamente. Formas de velocidad de flujo rápido “bandas gruesas”, mientras que se forma una velocidad de flujo lenta “bandas delgadas”. La diferencia de espesor conduce a una reflectividad de la luz diferente., presentando patrones de rayas. Ejemplo: Cuando la fuerza del portapiezas fluctúa de 5000N a 5750N, la desviación del espesor de la pared lateral de la olla aumenta de 5% a 12%, lo que resulta en rayas de tigre obvias.

(3) Defectos periódicos de los moldes

Desgaste periódico de las superficies del molde: Si la superficie del punzón tiene rayones periódicos (espaciado consistente con la carrera de estampado, aproximadamente 3-5 mm) debido a una lubricación insuficiente, los rayones serán “copiado” sobre la superficie del disco de aluminio durante el dibujo, formando rayas de tigre mecánicas. Cuando la rugosidad de la superficie del molde Ra aumenta de 0,4 μm a 1,2 μm, la incidencia de tales rayas de tigre aumenta de 3% a 18%.

Mala ventilación periódica en las cavidades del molde: Si los orificios de ventilación del molde se distribuyen periódicamente (p.ej., un orificio de φ1 mm cada 4 mm) y algunos agujeros están bloqueados, la presión de la cavidad cambiará periódicamente (-0.01MPa → -0.03MPa) durante el dibujo, lo que lleva a diferencias en la densidad de formación local del material y a la formación de franjas claras y oscuras..

4. Causas principales de la piel de naranja: Desigualdad plástica local y microprotuberancias

(1) Aspecto Material: Microestructura desigual y distribución de partículas duras

Diferencia excesiva en el tamaño del grano: Proceso de recocido inadecuado de discos de aluminio. (p.ej., 3003 Templado O recocido a 320 ℃ < estándar 340-360 ℃, tiempo de espera 0,5 h < estándar 1,5 h) conduce a un tamaño de grano desigual (grano máximo 50μm, grano mínimo 10μm). Durante el dibujo, Los granos grandes sufren fácilmente “deslizamiento intragranular”, mientras que los granos pequeños son difíciles de deformar debido a su alta resistencia a la deformación, formando una superficie parecida a una piel de naranja con “Grandes protuberancias de grano y pequeñas depresiones de grano.”.

Datos medidos: Cuando la diferencia de tamaño de grano >40µm, la incidencia de piel de naranja alcanza 45%; cuando la diferencia <20µm, la incidencia es solo 12%.

Presencia de partículas duras e inclusiones.: Partículas duras formadas por elementos como Fe y Si en aleaciones de aluminio. (p.ej., Fase AlFeSi, dureza HV180, dureza de la matriz HV30) o inclusiones extranjeras (p.ej., partículas de óxido de aluminio, 5-10µm de diámetro) son difíciles de deformar con la matriz durante el dibujo y “hacer subir” la matriz circundante para formar pequeñas protuberancias. Cuando el contenido de partículas duras >0.7% (3003 estándar de aleación ≤0,6%), La incidencia de la piel de naranja aumenta desde 15% a 38%.

Espesor desigual de la película de óxido: Espesor desigual de la película de óxido en la superficie del disco de aluminio. (5µm → 12 µm) debido a un pretratamiento inadecuado (p.ej., Fluctuación del tiempo de lavado alcalino 10 s → 20 s) conduce a una alta resistencia a la deformación en áreas de película gruesa y a una fácil sobredeformación en áreas de película delgada, formando una superficie irregular. en una fabrica, debido a temperatura desigual en el tanque de lavado alcalino (50℃ → 60 ℃), la diferencia de espesor de la película de óxido alcanzó los 8μm, y la tasa de piel de naranja superó 40%.

(2) Aspecto del proceso: Concentración de tensión local y falla de lubricación

Relación de dibujo local excesiva: Durante el estampado y el dibujo., si la curvatura local de la cavidad del molde es demasiado grande (p.ej., R=2mm < estándar de 5 mm en la conexión del mango de la olla), la relación de dibujo local alcanzará 2.8 (superando con creces el 3003 Límite de temperamento O de 2.2). Local “sobredeformación plástica” del material forma protuberancias arrugadas, que se superponen para presentar piel de naranja. Ejemplo: Cuando el filete del borde de la sartén R=3mm, la relación de dibujo local es 2.5, y la tasa de cáscara de naranja es 28%; cuando R=6mm, la relación de dibujo es 1.8, y la tasa cae a 9%.

Diferencia de fricción local causada por una lubricación desigual: Pulverización desigual de lubricante (p.ej., fumigación local perdida) aumenta el coeficiente de fricción de 0.05 (normal) a 0.18 (áreas no lubricadas). El material en las zonas no lubricadas roza directamente contra el molde., productor “deformación por arrastre” y formando protuberancias irregulares. En una fábrica de utensilios de cocina., debido al bloqueo de la boquilla del pulverizador automático, la tasa de cobertura de lubricación disminuyó de 98% a 85%, y la tasa de cáscara de naranja aumentó de 12% a 35%.

Insuficiencia local de fuerza de soporte en blanco: Desviación de paralelismo del portapiezas (>0.1mm/100mm) provoca una fuerza local insuficiente en el portapiezas (p.ej., 3000norte < estándar 5000N en un área determinada). El material en esta zona fluye demasiado rápido., formando “protuberancias acumuladas” que crean diferencias de altura con las áreas normales circundantes, presentando forma de piel de naranja.

(3) Aspecto del molde: Rugosidad superficial y defectos de cavidad

Rugosidad excesiva de la superficie del molde: Pulido insuficiente de la superficie del troquel. (Ra=1,6 μm > estándar 0,4 μm) hace que su superficie rugosa sea “impreso” sobre la superficie del disco de aluminio, formando cáscara de naranja consistente con la textura del molde. Resultados medidos: Cuando el molde Ra=0,8μm, el disco de aluminio acabado Ra=1,2μm (cáscara de naranja); cuando Ra=0,2μm, el producto terminado Ra=0.6μm (calificado).
Pequeñas cavidades en las cavidades del molde: Pequeñas cavidades que quedan en la cavidad del molde debido a errores de procesamiento (p.ej., Fresado CNC de pequeñas depresiones residuales, profundidad 0,05 mm) evitar que el material llene las depresiones durante el dibujo, formando “protuberancias inversas”. La superposición de múltiples depresiones presenta la forma de una piel de naranja.. En una fábrica de moldes, debido al desgaste de la fresa, la tasa de depresión de la cavidad alcanzó 15%, lo que lleva a una tasa de piel de naranja de más 30% en utensilios de cocina.

5. Verificación de casos industriales: Identificación de causas y soluciones

Caso 1: Rayas de tigre en macetas embutidas con 3003 Discos de aluminio O-Temper

Fenómeno problemático: Rayas claras y oscuras con un espacio de 3 mm en las paredes laterales de la maceta., 28% tasa de defectos;

Investigación de causa:

1. Fluctuación de velocidad del laminador en frío ±8%, grado de textura del disco de aluminio 0.88 (estándar ≤0,7);

1. Fluctuación de presión de la máquina trefiladora hidráulica ±0.8MPa, velocidad de dibujo pulsante;

Medidas de verificación: Ajuste la estabilidad de la velocidad de laminación en frío a ±2%, reemplazar los sellos del sistema hidráulico (fluctuación de presión reducida a ±0.2MPa);

Resultado: La tasa de rayas de tigre se redujo a 6%, cumpliendo con los estándares de la industria.

Caso 2: Cáscara de naranja en sartenes poco profundas con 5052 Discos de aluminio templado H14

Fenómeno problemático: Fondo de sartén Ra=2,2μm, áspero al tacto, 35% tasa de defectos;

Investigación de causa:

1. Temperatura de recocido 310 ℃ (por debajo del estándar 370-390 ℃), diferencia de tamaño de grano 55μm;

1. Superficie del molde Ra=1,2μm (superando el estándar);

Medidas de verificación: Ajustar el proceso de recocido (380℃ × 2h), pulir el molde a Ra=0.2μm;

Resultado: Tasa de piel de naranja reducida a 10%, Ra estabilizado a 0,7-0,8 μm.

6. Direcciones de prevención orientada a la causa (Aplicación extendida)

Fin del material: Controlar el contenido de Fe en 3003 aleación ≤0,6%, diferencia de tamaño de grano después del recocido ≤20μm, espesor de la película de óxido 5-8μm (desviación ±1μm);

Fin del proceso: Mantener la estabilidad de la velocidad de dibujo ±5%, Fluctuación de fuerza del soporte en blanco ±5%, tasa de cobertura de lubricante ≥98%;

Extremo del molde: Asegúrese de que la superficie del molde sea Ra ≤0,4 μm, sin cavidades en la cavidad, espaciado uniforme de los orificios de ventilación (≤3mm) y sin bloqueo.

Estas medidas de prevención son cruciales para solucionar problemas en el procesamiento de discos de aluminio para menaje de cocina y mejorar la calidad del producto..

7. Conclusión

La causa principal de las rayas de tigre en el estampado y embutido de discos de aluminio para utensilios de cocina es deformación desigual causada por factores periódicos (orientación del grano, fluctuaciones del proceso, defectos periódicos del molde); mientras que la piel de naranja es causada por microprotuberancias inducidas por factores no periódicos (granos desiguales, partículas duras, desequilibrio del proceso local). Rastrear las causas de estos dos defectos requiere integrar la microestructura del material., parámetros del proceso, y condiciones del moho. A través de “control cuantitativo + ajuste dirigido”, la tasa de defectos se puede reducir eficazmente, Proporcionar protección para la calidad de la superficie de los productos de utensilios de cocina de aluminio.. Abordar estos defectos de textura es un paso clave para resolver de forma integral los problemas en el procesamiento de discos de aluminio para menaje de cocina..