Penyebab pola kulit macan dan kulit jeruk pada cakram alumunium yang digunakan pada peralatan dapur pada saat dicap dan diregangkan

1. Perkenalan: Dampak Industri dari Cacat Tekstur Permukaan pada Cakram Aluminium untuk Peralatan Dapur

Cakram aluminium untuk peralatan dapur (terutama terbuat dari 3003, 5052, Dan 1100 paduan, dengan ketebalan 0,8-3,0mm) sering kali timbul dua cacat permukaan yang khas setelah dicap dan digambar: “garis-garis harimau” (berkala, pola terang dan gelap berbentuk strip dengan jarak 2-5 mm) Dan “kulit jeruk” (tidak teratur, permukaan kasar tidak rata dengan kekasaran Ra >1.6m). Bahayanya tercermin dalam tiga aspek:

Kegagalan Penampilan: Kegagalan memenuhi standar industri untuk permukaan peralatan dapur (“tidak ada pola yang terlihat, Ra ≤0,8μm”) (misalnya, GB/T 32073-2015 Peralatan Dapur Aluminium dan Paduan Aluminium), dengan tingkat kerusakan maksimum sebesar 25%;

Risiko Kinerja: Noda minyak dan mikroorganisme mudah menumpuk di area bertekstur, dan konsentrasi stres lokal (stres di daerah belang harimau adalah 30% lebih tinggi dibandingkan daerah normal) mengurangi ketahanan korosi pada peralatan dapur (masa pakai uji semprotan garam dipersingkat 40%);

Kerugian Biaya: Cacat meningkatkan tingkat pengerjaan ulang, meningkatkan biaya pemrosesan unit sebesar 15-20% (misalnya, sebuah pabrik peralatan dapur menderita kerugian tahunan melebihi 2 juta yuan karena kulit jeruk).

Inti dari kedua cacat ini terletak pada deformasi plastis material yang tidak merata, tetapi mekanisme pembentukannya berbeda, membutuhkan ketertelusuran yang tepat dari berbagai dimensi. Terutama, menganalisis cacat ini adalah bagian penting dalam mengatasi Masalah dalam pemrosesan cakram aluminium untuk peralatan dapur.

2. Pengertian dan Diferensiasi Ciri-ciri Belang Harimau dan Kulit Jeruk

(1) Garis Harimau

Fitur Penampilan: Garis-garis terang dan gelap secara berkala didistribusikan sepanjang arah gambar, sebagian besar muncul di bagian yang digambar dalam (misalnya, dinding samping pot). Jarak garis berkurang seiring bertambahnya kedalaman gambar (2jarak mm pada kedalaman 50mm, 1.2jarak mm pada kedalaman 80mm);

Indikator Pengujian: Terlihat dengan mata telanjang (diamati pada sudut 45° di bawah cahaya alami), dengan penyimpangan ketebalan >8% di daerah bergaris (≤5% di area normal). Pengamatan metalografi menunjukkan bahwa orientasi butir pada daerah garis tersusun terarah;

Skenario Khas: Sangat lazim saat memproses pot yang ditarik dalam (rasio gambar >2.0) menggunakan 3003 Cakram aluminium o-temper.

(2) Kulit jeruk

Fitur Penampilan: Permukaan kasar yang tidak rata dan tidak beraturan, teksturnya mirip kulit jeruk, sebagian besar muncul di bagian yang digambar dangkal (misalnya, dasar penggorengan) atau bagian yang dicap, dengan ketinggian tidak rata 0,05-0,2 mm;

Indikator Pengujian: Kekasaran permukaan Ra >1.6m (peralatan dapur yang memenuhi syarat membutuhkan Ra ≤0,8μm), dengan rasa butiran yang berbeda saat disentuh. Pengamatan mikroskopis menunjukkan sejumlah besar tonjolan kecil (0.1-0.5berdiameter mm) di atas permukaan;

Skenario Khas: Sangat lazim saat mengolah penggorengan berdinding tipis (ketebalan <1.2mm) menggunakan 5052 Cakram aluminium temper H14.

3. Penyebab Inti Belang Harimau: Fluktuasi Tegangan Berkala dan Deformasi Terarah

(1) Perbedaan Arah Struktur Mikro Material

Orientasi Butir Tidak Merata: Selama penggulungan cakram aluminium, kecepatan bergulir tidak merata (misalnya, ±5% fluktuasi kecepatan cold rolling mill) menyebabkan butir-butir sejajar secara terarah sepanjang arah penggulungan (derajat tekstur >0.8). Selama stamping dan menggambar, butiran terarah mudah dilewati “slip kumpulan” dalam arah stres, membentuk pita deformasi periodik. Ketika jarak pita deformasi ini mengganggu panjang gelombang pantulan cahaya (400-760nm), muncul garis-garis harimau terang dan gelap bergantian.

Contoh: Karena fluktuasi kecepatan rolling dingin (20m/menit → 22m/menit) dari 3003 Cakram aluminium o-temper di pabrik, tingkat tekstur tercapai 0.85, dan kejadian belang harimau di pot yang dalam meningkat dari 5% ke 32%.

Distribusi Berkala Partikel Fase Kedua: Di dalam 3003 paduan aluminium, Partikel fase kedua AlFeSi (1-3berdiameter μm) dapat membentuk agregat periodik (2-5jarak mm) selama bergulir. Saat menggambar, konsentrasi tegangan mudah terjadi pada matriks di sekitar partikel, membentuk garis deformasi sesuai dengan periode distribusi partikel. Ketika fraksi volume partikel >1.2%, kejadian belang harimau meningkat secara signifikan (28% kejadian di 1.5% fraksi volume, hanya 8% pada 1.0%).

(2) Fluktuasi Berkala dalam Parameter Proses

Perubahan Berdenyut dalam Kecepatan Menggambar: Jika tekanan sistem hidrolik pada mesin drawing hidrolik tidak stabil (Fluktuasi ±0,5MPa), kecepatan menggambar akan berubah secara berdenyut (misalnya, 1.0m/dtk → 1,2m/dtk → 1,0m/dtk). Saat kecepatan meningkat tajam, laju deformasi lokal material melebihi laju pemulihan dinamis (sekitar 0,8 m/s untuk 3003 O-pemarah), pembentukan “pita deformasi berlebihan”; ketika kecepatan turun tajam, deformasi melambat menjadi bentuk “pita deformasi lemah”. Kemunculan pita-pita ini secara bergantian membentuk garis-garis harimau.

Data Laboratorium: Saat kecepatan menggambar berfluktuasi ±10%, kejadian belang harimau meningkat dari 6% ke 21%.

Ketidakseimbangan Berkala Kekuatan Pemegang Kosong: Jika gaya dudukan blanko berfluktuasi secara periodik seiring dengan langkah injakan (misalnya, Fluktuasi gaya ±15% disebabkan oleh keausan mekanisme dudukan kosong tipe bubungan), kecepatan aliran material tepi cakram aluminium akan berubah secara berkala. Bentuk kecepatan aliran cepat “pita tebal”, sementara kecepatan aliran lambat terbentuk “pita tipis”. Perbedaan ketebalan menyebabkan reflektifitas cahaya yang berbeda, menghadirkan pola garis-garis. Contoh: Ketika gaya dudukan blank berfluktuasi dari 5000N hingga 5750N, penyimpangan ketebalan dinding samping pot meningkat dari 5% ke 12%, menghasilkan garis-garis harimau yang jelas.

(3) Cacat Cetakan Secara Berkala

Keausan Berkala pada Permukaan Cetakan: Jika permukaan pukulan mengalami goresan berkala (jarak yang konsisten dengan pukulan injakan, sekitar 3-5mm) karena pelumasan yang tidak mencukupi, goresannya akan terjadi “disalin” ke permukaan cakram aluminium selama menggambar, membentuk garis-garis harimau mekanis. Ketika kekasaran permukaan cetakan Ra meningkat dari 0,4μm menjadi 1,2μm, kejadian belang harimau meningkat 3% ke 18%.

Ventilasi Buruk Secara Berkala di Rongga Jamur: Jika lubang ventilasi cetakan didistribusikan secara berkala (misalnya, satu lubang φ1mm setiap 4mm) dan beberapa lubang tersumbat, tekanan rongga akan berubah secara berkala (-0.01MPa → -0.03MPa) selama menggambar, menyebabkan perbedaan kepadatan pembentukan lokal material dan membentuk garis-garis terang dan gelap.

4. Penyebab Inti Kulit Jeruk: Ketimpangan Plastik Lokal dan Tonjolan Mikro

(1) Aspek Materi: Uneven Microstructure and Hard Particle Distribution

Excessive Difference in Grain Size: Improper annealing process of aluminum discs (misalnya, 3003 O-temper annealed at 320℃ < standard 340-360℃, holding time 0.5h < standard 1.5h) leads to uneven grain size (maximum grain 50μm, minimum grain 10μm). Saat menggambar, large grains easily undergo “intragranular slip”, while small grains are difficult to deform due to high deformation resistance, forming an orange peel-like surface with “large grain protrusions and small grain depressions”.

Measured Data: When the grain size difference >40m, the incidence of orange peel reaches 45%; when the difference <20m, the incidence is only 12%.

Presence of Hard Particles and Inclusions: Hard particles formed by elements such as Fe and Si in aluminum alloys (misalnya, AlFeSi phase, hardness HV180, matrix hardness HV30) or foreign inclusions (misalnya, aluminum oxide particles, 5-10berdiameter μm) are difficult to deform with the matrix during drawing and will “push up” the surrounding matrix to form tiny protrusions. When the hard particle content >0.7% (3003 alloy standard ≤0.6%), the incidence of orange peel increases from 15% ke 38%.

Uneven Thickness of Oxide Film: Uneven thickness of the oxide film on the aluminum disc surface (5μm → 12μm) due to improper pretreatment (misalnya, alkali washing time fluctuation 10s → 20s) leads to high deformation resistance in thick film areas and easy over-deformation in thin film areas, forming an uneven surface. In a factory, due to uneven temperature in the alkali washing tank (50℃ → 60℃), the oxide film thickness difference reached 8μm, and the orange peel rate exceeded 40%.

(2) Process Aspect: Local Stress Concentration and Lubrication Failure

Excessive Local Drawing Ratio: Selama stamping dan menggambar, jika kelengkungan lokal rongga cetakan terlalu besar (misalnya, R=2mm < standar 5mm pada sambungan pegangan pot), rasio gambar lokal akan tercapai 2.8 (jauh melebihi 3003 Batas O-temper dari 2.2). Lokal “deformasi plastik yang berlebihan” dari bahan membentuk tonjolan berkerut, yang tumpang tindih untuk menyajikan kulit jeruk. Contoh: Saat penggorengan tepi fillet R=3mm, rasio gambar lokal adalah 2.5, dan tingkat kulit jeruk adalah 28%; ketika R=6mm, rasio gambarnya adalah 1.8, dan tarifnya turun menjadi 9%.

Perbedaan Gesekan Lokal Disebabkan oleh Pelumasan yang Tidak Merata: Penyemprotan pelumas tidak merata (misalnya, penyemprotan lokal yang terlewat) meningkatkan koefisien gesekan dari 0.05 (normal) ke 0.18 (area yang tidak diberi pelumas). Bahan pada area yang tidak dilumasi langsung bergesekan dengan cetakan, memproduksi “tarik deformasi” dan membentuk tonjolan yang tidak beraturan. Di pabrik peralatan dapur, karena penyumbatan nosel penyemprot otomatis, tingkat cakupan pelumasan menurun dari 98% ke 85%, dan tingkat kulit jeruk meningkat dari 12% ke 35%.

Ketidakcukupan Lokal dari Kekuatan Pemegang Kosong: Penyimpangan paralelisme dari dudukan blanko (>0.1mm/100mm) menyebabkan kekuatan pemegang blanko lokal tidak mencukupi (misalnya, 3000N < standar 5000N di area tertentu). Materi di area ini mengalir terlalu cepat, pembentukan “akumulasi tonjolan” yang menimbulkan perbedaan ketinggian dengan daerah normal disekitarnya, menyajikan bentuk kulit jeruk.

(3) Aspek Cetakan: Kekasaran Permukaan dan Cacat Rongga

Kekasaran Permukaan Cetakan Berlebihan: Pemolesan permukaan cetakan tidak memadai (Ra=1,6μm > standar 0,4μm) menyebabkan permukaannya menjadi kasar “dicetak” ke permukaan cakram aluminium, membentuk kulit jeruk sesuai dengan tekstur cetakan. Hasil Terukur: Ketika cetakan Ra=0,8μm, cakram aluminium jadi Ra=1,2μm (kulit jeruk); ketika Ra=0,2μm, produk jadi Ra=0,6μm (memenuhi syarat).
Rongga Kecil di Rongga Cetakan: Rongga kecil yang tersisa di rongga cetakan karena kesalahan pemrosesan (misalnya, Depresi kecil sisa penggilingan CNC, kedalaman 0,05 mm) mencegah material mengisi cekungan selama menggambar, pembentukan “membalikkan tonjolan”. Superposisi beberapa depresi menghadirkan bentuk kulit jeruk. Di pabrik cetakan, karena keausan pemotong frais, tingkat depresi rongga tercapai 15%, menyebabkan tingkat kulit jeruk lebih dari 30% di peralatan dapur.

5. Verifikasi Kasus Industri: Identifikasi Penyebab dan Solusinya

Kasus 1: Garis-garis Harimau pada Pot yang Ditarik Dalam dengan 3003 Cakram Aluminium O-Temper

Fenomena Masalah: Garis-garis terang dan gelap dengan jarak 3 mm pada dinding samping pot, 28% tingkat cacat;

Investigasi Penyebab:

1. Fluktuasi kecepatan cold rolling mill ±8%, tingkat tekstur cakram aluminium 0.88 (standar ≤0,7);

1. Fluktuasi tekanan mesin gambar hidrolik ±0,8MPa, kecepatan menggambar yang berdenyut;

Tindakan Verifikasi: Sesuaikan stabilitas kecepatan rolling dingin hingga ±2%, ganti seal sistem hidrolik (fluktuasi tekanan dikurangi menjadi ±0,2MPa);

Hasil: Tingkat belang harimau berkurang menjadi 6%, memenuhi standar industri.

Kasus 2: Kulit Jeruk di Wajan Penggorengan Dangkal dengan 5052 Cakram Aluminium H14-Temper

Fenomena Masalah: Dasar penggorengan Ra=2,2μm, kasar saat disentuh, 35% tingkat cacat;

Investigasi Penyebab:

1. Suhu anil 310℃ (di bawah standar 370-390℃), perbedaan ukuran butir 55μm;

1. Permukaan cetakan Ra=1,2μm (melebihi standar);

Tindakan Verifikasi: Sesuaikan proses anil (380℃ × 2 jam), cetakan poles hingga Ra=0,2μm;

Hasil: Tingkat kulit jeruk dikurangi menjadi 10%, Ra stabil pada 0,7-0,8μm.

6. Arah Pencegahan Berorientasi Penyebab (Aplikasi yang Diperluas)

Akhir Materi: Kontrol kandungan Fe di 3003 paduan ≤0,6%, perbedaan ukuran butir setelah anil ≤20μm, ketebalan film oksida 5-8μm (deviasi ±1μm);

Proses Berakhir: Menjaga stabilitas kecepatan menggambar ±5%, blank holder force fluctuation ±5%, lubricant coverage rate ≥98%;

Mold End: Ensure mold surface Ra ≤0.4μm, no cavities in the cavity, uniform vent hole spacing (≤3mm) and no blockage.

These prevention measures are crucial for solving Problems in processing aluminum discs for kitchenware and improving product quality.

7. Kesimpulan

The core cause of tiger stripes in the stamping and drawing of aluminum discs for kitchenware is uneven deformation caused by periodic factors (grain orientation, process fluctuations, mold periodic defects); while orange peel is caused by micro-protrusions induced by non-periodic factors (butiran yang tidak rata, partikel keras, local process imbalance). Tracing the causes of these two defects requires integrating material microstructure, parameter proses, and mold conditions. Melalui “quantitative control + targeted adjustment”, tingkat kerusakan dapat dikurangi secara efektif, memberikan perlindungan terhadap kualitas permukaan produk peralatan dapur aluminium. Mengatasi cacat tekstur ini merupakan langkah kunci dalam menyelesaikan masalah pemrosesan cakram aluminium untuk peralatan dapur secara komprehensif.