1060 Formação de estiramento de panelas de folha redonda de alumínio: Como controlar rachaduras no fundo e espessura irregular da parede?

1060 liga de alumínio é o material preferido para estampagem profunda de panelas de alumínio (potes, tigelas, bacias, etc.) devido à sua excelente plasticidade, boa condutividade térmica, e baixo custo. No entanto, rachaduras no canto inferiore espessura de parede irregular​são dois defeitos de alta frequência no processo de estampagem profunda, afetando diretamente a taxa de rendimento, força, e vida útil do produto final. Este artigo analisa sistematicamente as causas a partir de quatro dimensões - material, mofo, processo, e equipamentos - e propõe um esquema de controle de processo completo para alcançar estabilidade, formação de alta qualidade de 1060 panelas de alumínio.

EU. Mecanismos de defeitos centrais em estampagem profunda de 1060 Panelas de disco de alumínio

(EU) Rachadura Inferior: Falha de sobrecarga de estresse na seção crítica

Durante o desenho de panelas, a tensão do material é dividida em três zonas: o fundo do soco (pressão hidrostática, difícil de deformar), a parede lateral (tensão de tração radial + tensão compressiva tangencial, zona de deformação principal), e o canto inferior (ponto tangente entre o ângulo R do punção e a parede lateral, onde a concentração de estresse é mais severa).

• Essência Mecânica: O canto inferior experimenta a superposição de tensão de tração radiale tensão de flexão. Quando a tensão excede a resistência à tração do 1060 alumínio (110-145MPa, O-temperamento), microfissuras iniciam e se propagam, formando fissuras em toda a espessura.
• Principais fatores contribuintes
  1. Fluxo de materiais desequilibrado: Força excessiva no suporte da peça bruta ou um ângulo R muito pequeno da matriz dificulta o fluxo da borda da peça bruta, fazendo com que o fundo seja esticado à força e “desmontado.”
  2. Concentração de estresse: Um ângulo R do punção excessivamente pequeno ou uma superfície rugosa leva a uma tensão local que excede em muito o limite do material.
  3. Propriedades materiais insuficientes: 1060 alumínio não recozido (Têmpera H18/H24), tamanho de grão grosso, arranhões/impurezas superficiais, reduzindo significativamente a plasticidade.
  4. Parâmetros de processo incompatíveis: Velocidade excessiva de desenho, má lubrificação, aumentando drasticamente a resistência ao atrito, levando à sobrecarga de estresse inferior.

(II) Espessura de parede irregular: Diferenças espaciais nas taxas de fluxo de materiais

Diferentes graus de deformação em várias partes da peça bruta durante o estiramento resultam em paredes laterais superiores mais grossas e cantos inferiores mais finos. Em casos graves, a diferença de espessura excede 30%, afetando diretamente a resistência e uniformidade da panela.

• Causas Raiz
  1. Diferença de vazão: Material na abertura da matriz, sujeito a tensão de compressão tangencial, tende a engrossar e fluir mais rápido; o canto inferior, submetido a tensão de tração, tende a afinar e fluir mais lentamente. Esta diferença de taxa causa distribuição desigual da espessura da parede.
  2. Folga irregular da matriz: Má concentricidade entre o punção e a matriz, folga excessiva ou insuficiente, causando compressão unilateral excessiva do material, levando a desbaste ou enrugamento local.
  3. Distribuição desigual da força do suporte em branco: Rigidez insuficiente do suporte do blank, forças desequilibradas do pino ejetor, causando velocidade de entrada inconsistente do material da borda, resultando em flutuações onduladas na espessura da parede.
  4. Defeitos em branco: Tolerância de espessura do disco de alumínio superior a ±5%, anisotropia (diferença de plasticidade ao longo da direção de laminação), causando desvio de espessura durante a deformação.

II. Controle de Materiais: Melhorando a estabilidade da conformação desde a fonte

O temperamento, microestrutura, e qualidade superficial de 1060 o alumínio é a base para controlar fissuras e espessuras irregulares da parede.

1. Temperamento ideal do material: Recozimento O-Temper como núcleo

• Temperamento preferido: 1060-O discos de alumínio totalmente recozidos, com alongamento ≥25%, dureza HB30-35, oferecendo a melhor plasticidade, adequado para estampagem profunda.
• Controle preciso do processo de recozimento
  • Temperatura: 320-340°C (recristalização completa, evitando o engrossamento dos grãos);
  • Tempo de imersão: Espessura ≤1mm → 30-45min, 1-2mm → 45-60min;
  • Resfriamento: Forno resfriado abaixo de 200°C antes de descarregar, aliviando o estresse interno e refinando grãos (tamanho de grão ≤ grau 5).
• Temperamentos evitados: H18 (cheio duro, alongamento <10%), H24 (meio duro, propenso a rachar em estampagem profunda), adequado apenas para desenho superficial de peças pequenas.

2. Rigoroso controle de qualidade em branco

• Tolerância de Espessura: Controlado dentro ±3%​ (por exemplo, 0.8mm em branco → 0,776-0,824 mm) para evitar a amplificação da irregularidade inicial.
• Qualidade de Superfície: Livre de arranhões, ferrugem, escala, inclusões duras; Desengordure e limpeantes de desenhar (desengordurante alcalino + enxágue com água + secagem) para remover óleo, contaminantes, evitando atrito desigual e rachaduras.
• Precisão Dimensional: Corte de disco de alumínio sem rebarbas, ovalidade ≤0,5%, garantindo aplicação de força simétrica durante o desenho.

III. Projeto e otimização de moldes: Eliminando o estresse e a concentração, Equilibrando o fluxo de materiais

O molde é o núcleo para o controle de defeitos, focando na otimização de quatro elementos principais: raios de canto, liberação, superfície, e sistema de suporte em branco.

1. Raios de canto: O “Válvula tampão” para concentração de estresse

Um raio de canto excessivamente pequeno é a principal causa de fissuras no fundo relacionada ao molde, exigindo projeto preciso com base na espessura do material (t):

• Raio de perfuração (Rp): ≥ 4t​ (por exemplo, t = 0,8 mm → Rp≥3,2 mm); Rp comumente usado = 3-5 mm para panelas. Raios maiores são menos propensos a rachaduras, mas muito grande pode causar rugas.
• Raio do dado (Estrada): ≥ 6t​ (por exemplo, t = 0,8 mm → Rd≥4,8 mm); Rd excessivamente pequeno dificulta a entrada de material, aumentando drasticamente o estresse inferior.
• Tratamento de Transição: Transição suave entre o fundo do punção e o canto R, parede lateral e canto R, livre de cantos afiados ou marcas de ferramentas, polido para Ra ≤0,2μm.

2. Liberação de punção: O “Medidor” para uniformidade de espessura de parede

A folga determina diretamente a quantidade e uniformidade do afinamento da parede lateral. Liberação padrão para 1060 desenho de panelas de alumínio:

• Desenho Convencional: Folga Z = (1.05-1.15)t​ (t é a espessura do branco);
  • Desenho raso (relação profundidade-largura <1): Z=1,05t, desbaste de parede ≤5%;
  • Desenho profundo (relação profundidade-largura 1-1.5): Z=1,1t, desbaste de parede 8-12%;
  • Desenho extraprofundo (relação profundidade-largura >1.5): Z=1,15t, evitando desbaste excessivo e rachaduras no fundo.
• Requisito de precisão: Tolerância de folga ≤ 0.02milímetros, concentricidade da matriz perfurada ≤0,02 mm, folga consistente em todos os quatro cantos.

3. Superfície e estrutura do molde: Reduzindo o atrito, Melhorando a Rigidez

• Tratamento de endurecimento de superfície: Soco, morrer, e porta-blanco tratado com Revestimento TDou cromagem dura, dureza HV1200+, para resistência ao desgaste, redução de atrito, evitando marcas e atrito desigual.
• Otimização do sistema de suporte em branco
  • Suporte em branco: Usar Ferro dúctil QT600-3​ou aço H13 para rigidez suficiente, evitando deformação;
  • Layout do pino ejetor: Distribuir uniformemente 8-12 pinos ejetores, com forças de pino de canto 10-15% mais alto que os pinos centrais, garantindo pressão uniforme do suporte do blank;
  • Estrutura de força de suporte em branco variável: Use grupos de cilindros de nitrogênio para obter ajuste dinâmico: “alta pressão inicial → baixa pressão de formação → alta pressão final”.
• Estruturas Auxiliares: Adicionar desenhar miçangasno dado (contas rasas, resistência moderada) para regular o fluxo de material de borda; Adicionar orifícios de ventilaçãono fundo do soco (φ1-2mm) para evitar contato excessivo com o fundo e afinamento induzido por vácuo.

4. Controle preciso dos parâmetros do processo: Equilíbrio Dinâmico para Formação Estável

Parâmetros de processo (força do suporte em branco, velocidade, lubrificação, número de sorteios) são essenciais para depuração no local. Eles devem combinar com o material e o molde para alcançar “o material flui adequadamente, o estresse não ultrapassa os limites“.

1. Força de suporte em branco: O “Interruptor Mestre” para Fluxo de Materiais

Força excessiva → rachadura no fundo; Força insuficiente → enrugamento, espessura de parede irregular. Deve ser definido com precisão com base no tamanho da peça bruta e na profundidade do desenho:

• Fórmula de cálculo: Força de suporte em branco F = (0.3-0.5) × Área anular da peça bruta × Resistência ao escoamento do material​ (1060-O limite de escoamento ≈90MPa).
• Ajuste Dinâmico (Força de suporte variável em branco)
  • Estágio Inicial (molde de contatos em branco): 3.5-4 MPa, evitando enrugamento das bordas;
  • Estágio de formação (o material flui para a cavidade): 2-2.5 MPa, reduzindo a força de tração inferior, evitando rachaduras;
  • Etapa Final (formando completo): 3-3.5 MPa, corrigindo a espessura da parede lateral, evitando o retorno elástico.
• Julgamento no local: Com força adequada do suporte do blank, a borda em branco não mostra rugas, a parte inferior não apresenta rachaduras, e a espessura da parede lateral é uniforme. Se o fundo rachar → reduzir a força do suporte do blank; se as bordas estiverem enrugadas → aumentar a força do suporte do blank.

2. Velocidade de desenho: O “Marcador de ritmo” para alívio do estresse

1060 a plasticidade do alumínio é sensível à taxa de deformação. Muito rápido → concentração de estresse, rachaduras; Muito lento → baixa eficiência.

• Controle de velocidade escalonado
  • Curso descendente rápido: 50-80 mm/s (viagem ociosa, melhorando a eficiência);
  • Formação de contato: 5-10 mm/s (estágio crítico, velocidade lenta permite fluxo uniforme de material, alívio do estresse);
  • Contenção & Curso de retorno: 10-15 mm/s (segure por 2-3s, eliminando o retorno elástico, estabilização da espessura da parede).
• Requisito de equipamento: Usar Prensas hidráulicas CNC​ com controle de velocidade em circuito fechado para evitar impactos e flutuações.

3. Sistema de Lubrificação: O “Desacelerador” para resistência ao atrito

A má lubrificação aumenta o coeficiente de atrito acima 0.3, aumentando a tensão inferior por 30%+, uma causa primária de rachaduras.

• Seleção de Lubrificantes: Óleo de desenho especial para 1060 alumínio​ (contendo aditivos de extrema pressão), viscosidade cinemática 68-100 mm²/s a 40°C, ou pasta de grafite + óleo de motorlubrificante misto.
• Método de Lubrificação: Aplique uniformemente em ambos os lados, reaplicar a cada 200 golpes; Mantenha a película de óleo completa na superfície do molde (especialmente cantos R), evitando atrito seco.
• Avaliação do efeito: Depois de formar, a superfície da peça é lisa, livre de pontuação, coeficiente de atrito <0.12, a parte inferior não mostra descoloração por superaquecimento.

4. Desenho em vários estágios: O “Método de decomposição” para panelas complexas

Para panelas com relação profundidade/largura >1.5 (por exemplo, potes profundos, panelas internas de panela de arroz), o desenho de estágio único é propenso a rachaduras e espessura irregular da parede. 2-3 etapas de desenhosão necessários para distribuir a deformação.

• Alocação de Estágio
  • Estágio 1: Desenhar para 60-70% de profundidade total, com raio de punção inferior aumentado (1.2 vezes o valor final) e folga ampliada (1.2 vezes o valor final);
  • Recozimento Intermediário: 300-320°C, segure por 30 minutos, eliminando o endurecimento por trabalho, restaurando a plasticidade;
  • Estágio 2/3: Reduza gradualmente os raios dos cantos e a folga até as dimensões finais, melhorando a uniformidade da espessura da parede em ±8%.

V. Controle de Equipamentos e Processos: Garantindo a estabilidade do processo

1. Requisitos de precisão do equipamento

• Usar 200-500Prensas hidráulicas CNC KN, paralelismo deslizante ≤0,05 mm/m, perpendicularidade ≤0,03 mm/m, repetibilidade da força do suporte em branco ±1%.
• Sistema de suporte em branco: Usar cilindros porta-chapas hidráulicos independentesou cilindros de nitrogênio, evitando força mecânica desigual do suporte da peça bruta.

2. Monitoramento e depuração on-line

• Inspeção do primeiro artigo: Verifique a primeira peça de cada lote no canto inferior (sem rachaduras), espessura da parede (6 pontos: superior/médio/inferior/quatro cantos, diferença ≤10%), precisão dimensional.
• Solução rápida de defeitos
  • Rachadura no canto inferior: → Aumentar Rp/Rd, reduzir a força do suporte do blank, otimizar a lubrificação, diminuir a velocidade de formação;
  • Espessura excessiva na parede lateral superior, desbaste excessivo na parte inferior: → Aumentar a folga da matriz, reduzir a força do suporte do blank no estágio final, ajustar a resistência do cordão de tração;
  • Espessura de parede irregular unilateral: → Concentricidade correta do molde, ajustar a distribuição da força do pino ejetor, reafiar a superfície do suporte em branco.

3. Manutenção de Moldes

• Inspecione os cantos R do molde, desgaste superficial a cada turno, polir imediatamente (Ra ≤0,2μm);
• Substitua os pinos ejetores desgastados, cilindros de nitrogênio regularmente para garantir uma força estável do suporte do blank;
• Realize uma inspeção abrangente da folga do molde, concentricidade, rigidez cada 5000 golpes.

VI. Esquema de Controle Integrado e Verificação de Efeito

(EU) Parâmetros de Processo Padrão (Exemplo: 0.8mm Disco de alumínio 1060-O, 240Pote profundo de mm de diâmetro)

(II) Verificação de Efeito

Depois de implementar o esquema acima para 1060 estampagem profunda de panelas de alumínio:

• Taxa de rachadura inferior: Reduzido de 15-20% para <1%;
• Uniformidade da espessura da parede: Diferença de espessura controlada dentro de ±7%, atendendo aos padrões de resistência de panelas;
• Taxa de rendimento: Aumentou de 75% acabar 98%, reduzindo significativamente os custos de produção.

VII. Conclusão

Fissuras no fundo e espessura irregular da parede em estampagem profunda de 1060 panelas com disco de alumínio resultam do acoplamento de múltiplos fatores: material, mofo, processo, e equipamentos. O núcleo do controle está em: usando material recozido com têmpera O como base, empregando moldes com grandes raios de canto e folga uniforme como transportador, implementando força variável de suporte em branco, velocidade lenta, e fortes processos de lubrificação como meio, e contar com equipamentos de alta precisão como garantia, alcançar “fluxo uniforme, estresse equilibrado, e deformação controlável” do material.