Причины появления узоров тигровой шкуры и апельсиновой корки на алюминиевых дисках, используемых в кухонной посуде при штамповке и растяжении

1. Введение: Промышленное воздействие дефектов текстуры поверхности алюминиевых дисков для кухонной посуды

Алюминиевые диски для кухонной утвари (в основном сделан из 3003, 5052, и 1100 сплавы, толщиной 0,8-3,0мм) после штамповки и волочения часто возникают два типичных поверхностных дефекта: “тигровые полосы” (периодический, полосообразные светлые и темные узоры с интервалом 2-5 мм.) и “апельсиновая цедра” (нерегулярный, неровные шероховатые поверхности с шероховатостью Ra >1.6мкм). Их опасности отражены в трех аспектах.:

Внешний вид: Несоответствие отраслевым стандартам в отношении поверхностей кухонной посуды. (“нет видимых узоров, Ра ≤0,8 мкм”) (например, ГБ/Т 32073-2015 Кухонные принадлежности из алюминия и алюминиевых сплавов), с максимальным процентом брака 25%;

Риски производительности: На текстурированных участках легко скапливаются масляные пятна и микроорганизмы., и локальная концентрация напряжений (стресс в районах полосы тигра 30% выше, чем в обычных районах) снижает коррозионную стойкость кухонной посуды (Срок службы при испытаниях в солевом тумане сокращается на 40%);

Стоимостные потери: Дефекты увеличивают скорость доработок, повышение себестоимости единицы обработки за счет 15-20% (например, Фабрика кухонной посуды ежегодно несет убытки, превышающие 2 миллион юаней из-за апельсиновой корки).

Сущность этих двух дефектов заключается в неравномерная пластическая деформация материала, но механизмы их образования различаются, требующая точной прослеживаемости из нескольких измерений. Примечательно, анализ этих дефектов является ключевой частью решения проблем при обработке алюминиевых дисков для кухонной посуды..

2. Определение и дифференциация признаков тигровых полос и апельсиновой корки

(1) Тигровые полосы

Особенности внешнего вида: Периодические светлые и темные полосы, распределенные вдоль направления рисования., в основном появляется на глубоко вытянутых деталях (например, боковые стенки горшка). Расстояние между полосами уменьшается по мере увеличения глубины рисунка. (2Расстояние в мм на глубине 50 мм, 1.2Расстояние в мм на глубине 80 мм);

Индикаторы тестирования: Видно невооруженным глазом (наблюдается под углом 45° при естественном освещении), с отклонением по толщине >8% в полосатых зонах (≤5% в нормальных районах). Металлографические наблюдения показывают, что ориентация зерен в полосовых участках организована направленно.;

Типичный сценарий: Широко распространен при обработке горшков глубокой вытяжки. (коэффициент вытяжки >2.0) с использованием 3003 Алюминиевые диски O-закалки.

(2) Апельсиновая корка

Особенности внешнего вида: Неровные неровные шероховатые поверхности, текстура похожа на апельсиновую корку, в основном появляется на неглубоких деталях (например, дно сковороды) или штампованные детали, с неравномерной высотой 0,05-0,2мм;

Индикаторы тестирования: Шероховатость поверхности Ra >1.6мкм (для квалифицированной кухонной посуды требуется Ra ≤0,8 мкм.), с отчетливым зернистым ощущением при прикосновении. При микроскопическом наблюдении обнаруживается большое количество крошечных выступов. (0.1-0.5мм в диаметре) на поверхности;

Типичный сценарий: Широко распространен при обработке тонкостенных сковород. (толщина <1.2мм) с использованием 5052 Диски из алюминия закалки H14.

3. Основные причины появления тигровых полос: Периодические колебания напряжений и направленная деформация

(1) Направленные различия в микроструктуре материала

Неравномерная ориентация зерна: При прокатке алюминиевых дисков, неравномерная скорость прокатки (например, ±5% колебания скорости стана холодной прокатки) заставляет зерна выравниваться по направлению прокатки (степень текстуры >0.8). Во время штамповки и рисования, направленные зерна легко подвергаются “накладная” в направлении напряжения, формирование полос периодической деформации. Когда расстояние между этими полосами деформации влияет на длину волны отражения света (400-760нм), появляются чередующиеся светлые и темные полосы тигра.

Пример: Из-за колебаний скорости холодной прокатки (20м/мин → 22 м/мин) из 3003 Алюминиевые диски O-закалки на заводе, достигнута степень текстуры 0.85, а частота тигровых полос в глубоко вытянутых горшках увеличилась с 5% к 32%.

Периодическое распределение частиц второй фазы.: В 3003 алюминиевый сплав, Частицы второй фазы AlFeSi (1-3мкм в диаметре) могут образовывать периодические агрегаты (2-5расстояние в мм) во время прокатки. Во время рисования, концентрация напряжений легко возникает в матрице вокруг частиц, формирование полос деформации, соответствующих периоду распределения частиц. Когда объемная доля частиц >1.2%, заболеваемость тигровыми полосами значительно увеличивается (28% заболеваемость в 1.5% объемная доля, только 8% в 1.0%).

(2) Периодические колебания параметров процесса

Пульсирующие изменения скорости рисования: Если давление гидросистемы в гидравлическом волочильном станке нестабильно (Колебания ±0,5 МПа), скорость рисования будет меняться пульсирующим образом (например, 1.0м/с → 1,2 м/с → 1,0 м/с). Когда скорость резко возрастает, скорость локальной деформации материала превышает скорость динамического восстановления (примерно 0,8 м/с для 3003 O-характер), формирование “полосы сверхдеформации”; когда скорость резко падает, деформация замедляется до формирования “слабые полосы деформации”. Чередование этих полос образует тигровые полосы..

Лабораторные данные: Когда скорость рисования колеблется на ±10%, заболеваемость тигровыми полосами увеличивается с 6% к 21%.

Периодический дисбаланс силы держателя заготовки: Если сила держателя заготовки периодически колеблется вместе с ходом штамповки (например, ±15 % колебание силы, вызванное износом кулачкового механизма держателя заготовки.), скорость потока материала кромки алюминиевого диска будет периодически меняться. Формы с быстрой скоростью потока “толстые полосы”, при этом образуется медленная скорость потока “тонкие полосы”. Разница в толщине приводит к различной светоотражательной способности., Представляем узоры из полосок. Пример: Когда сила держателя заготовки колеблется от 5000 Н до 5750 Н., отклонение толщины боковой стенки горшка увеличивается от 5% к 12%, в результате появляются явные тигровые полосы.

(3) Периодические дефекты пресс-форм

Периодический износ поверхностей пресс-формы: Если на поверхности пуансона имеются периодические царапины (расстояние соответствует ходу штамповки, примерно 3-5 мм) из-за недостаточной смазки, царапины будут “скопирован” на поверхность алюминиевого диска во время рисования, формирование механических тигровых полос. Когда шероховатость поверхности формы Ra увеличивается с 0,4 мкм до 1,2 мкм., Частота появления таких тигровых полос возрастает с 3% к 18%.

Периодическая плохая вентиляция в полостях пресс-формы: Если вентиляционные отверстия формы периодически распределяются (например, одно отверстие диаметром 1 мм каждые 4 мм) и некоторые отверстия заблокированы, давление в полости будет периодически меняться (-0.01МПа → -0.03МПа) во время рисования, приводящие к различиям в плотности локального формования материала и образованию светлых и темных полос..

4. Основные причины апельсиновой корки: Локальное пластическое неравенство и микровыступы

(1) Материальный аспект: Неравномерная микроструктура и распределение твердых частиц

Чрезмерная разница в размере зерна: Неправильный процесс отжига алюминиевых дисков (например, 3003 O-отпуск отожжен при 320 ℃ < стандарт 340-360 ℃, время выдержки 0,5 часа < стандарт 1,5 часа) приводит к неравномерному размеру зерна (максимальное зерно 50 мкм, минимальное зерно 10 мкм). Во время рисования, крупные зерна легко подвергаются “внутризеренное скольжение”, при этом мелкие зерна трудно деформировать из-за высокой стойкости к деформации, образуя поверхность, похожую на апельсиновую корку, с “большие выступы зерен и небольшие впадины зерен”.

Измеренные данные: Когда разница в размерах зерен >40мкм, заболеваемость апельсиновой коркой достигает 45%; когда разница <20мкм, заболеваемость только 12%.

Наличие твердых частиц и включений: Твердые частицы, образованные такими элементами, как Fe и Si, в алюминиевых сплавах. (например, Фаза AlFeSi, твердость HV180, твердость матрицы HV30) или посторонние включения (например, частицы оксида алюминия, 5-10мкм в диаметре) трудно деформируются вместе с матрицей во время рисования и будут “отжиматься” окружающая матрица образует крошечные выступы. Когда содержание твердых частиц >0.7% (3003 стандарт сплава ≤0,6%), заболеваемость апельсиновой коркой увеличивается с 15% к 38%.

Неравномерная толщина оксидной пленки: Неравномерная толщина оксидной пленки на поверхности алюминиевого диска. (5мкм → 12 мкм) из-за неправильной предварительной обработки (например, колебание времени промывки щелочью 10 с → 20 с) приводит к высокой стойкости к деформации на участках с толстой пленкой и легкой чрезмерной деформации на участках с тонкой пленкой., образуя неровную поверхность. На фабрике, из-за неравномерности температуры в баке для промывки щелочью (50℃ → 60℃), разница в толщине оксидной пленки достигла 8 мкм, и уровень апельсиновой корки превысил 40%.

(2) Процессный аспект: Локальная концентрация напряжений и нарушение смазки

Чрезмерный локальный коэффициент вытяжки: Во время штамповки и рисования, если местная кривизна полости формы слишком велика (например, Р=2 мм < стандарт 5 мм в месте соединения ручки кастрюли), локальный коэффициент вытяжки достигнет 2.8 (намного превышающий 3003 Предел O-температуры 2.2). Местный “пластиковая чрезмерная деформация” материала образует морщинистые выступы, которые перекрываются, образуя апельсиновую корку. Пример: При скруглении края сковороды R=3 мм., локальный коэффициент вытяжки 2.5, и скорость апельсиновой корки 28%; когда R=6 мм, коэффициент вытяжки 1.8, и ставка упадет до 9%.

Разница в локальном трении, вызванная неравномерной смазкой: Неравномерное распыление смазки (например, местное пропущенное опрыскивание) увеличивает коэффициент трения от 0.05 (нормальный) к 0.18 (несмазанные участки). Материал в несмазанных участках непосредственно трётся о форму., производство “деформация сопротивления” и образуя неправильные выступы. На фабрике кухонной посуды, из-за засорения форсунки автоматического распылителя, степень покрытия смазки снизилась с 98% к 85%, и уровень апельсиновой корки увеличился с 12% к 35%.

Локальная недостаточность силы держателя заготовки: Отклонение от параллельности держателя заготовки (>0.1мм/100 мм) вызывает местное недостаточное усилие держателя заготовки (например, 3000Н < стандарт 5000Н в определенной зоне). Материал в этой области течет слишком быстро., формирование “накопленные выступы” которые создают разницу высот с окружающими нормальными областями, представляю форму апельсиновой корки.

(3) Форма аспекта: Шероховатость поверхности и дефекты полостей

Чрезмерная шероховатость поверхности формы: Недостаточная полировка поверхности матрицы. (Ра=1,6 мкм > стандартный 0,4 мкм) делает его шероховатую поверхность “запечатлен” на алюминиевую поверхность диска, формирование апельсиновой корки, соответствующей текстуре плесени. Результаты измерений: Когда форма Ra=0,8 мкм, готовый алюминиевый диск Ra=1,2 мкм (апельсиновая цедра); когда Ra=0,2 мкм, готовый продукт Ra=0,6 мкм (квалифицированный).
Крошечные полости в полостях пресс-формы: Крошечные полости, оставшиеся в полости формы из-за ошибок обработки. (например, Фрезерование на станке с ЧПУ остаточных крошечных впадин, глубина 0,05 мм) предотвратить заполнение материалом впадин во время рисования, формирование “обратные выступы”. Наложение множественных впадин представляет собой форму апельсиновой корки.. На фабрике пресс-форм, из-за износа фрезы, скорость разрежения полости достигла 15%, что приводит к тому, что уровень апельсиновой корки превышает 30% в посуде.

5. Проверка отраслевого примера: Выявление причины и решения

Случай 1: Тигровые полосы на глубоко вытянутых горшках с 3003 Алюминиевые диски O-Temper

Проблема Феномен: Светлые и темные полосы с интервалом 3 мм на боковых стенках горшка., 28% процент дефектов;

Расследование причин:

1. Колебание скорости стана холодной прокатки ± 8%, степень текстуры алюминиевого диска 0.88 (стандартный ≤0,7);

1. Колебания давления гидравлической волочильной машины ±0,8 МПа, пульсирующая скорость рисования;

Меры проверки: Отрегулируйте стабильность скорости холодной прокатки до ±2%., заменить сальники гидросистемы (колебания давления снижены до ±0,2 МПа);

Результат: Частота тигровых полос снижена до 6%, соответствие отраслевым стандартам.

Случай 2: Апельсиновая корка на неглубоких сковородах с 5052 H14-Закаленные алюминиевые диски

Проблема Феномен: Дно сковороды Ra=2,2 мкм, грубый на ощупь, 35% процент дефектов;

Расследование причин:

1. Температура отжига 310 ℃ (ниже стандарта 370-390 ℃), разница в размерах зерен 55 мкм;

1. Поверхность формы Ra=1,2 мкм (превышающий стандарт);

Меры проверки: Отрегулируйте процесс отжига (380℃ × 2 часа), полировка формы до Ra=0,2 мкм;

Результат: Уровень апельсиновой корки снижен до 10%, Ra стабилизировался на уровне 0,7-0,8 мкм..

6. Направления причинно-ориентированной профилактики (Расширенное приложение)

Материальный конец: Контролируйте содержание Fe в 3003 сплав ≤0,6%, разница в размерах зерен после отжига ≤20 мкм, толщина оксидной пленки 5-8 мкм (отклонение ±1 мкм);

Окончание процесса: Поддержание стабильности скорости рисования ± 5%, Колебание силы держателя заготовки ±5%, степень покрытия смазкой ≥98%;

Конец формы: Убедитесь, что поверхность формы Ra ≤0,4 мкм., отсутствие полостей в полости, равномерное расстояние между вентиляционными отверстиями (≤3 мм) и никакой блокировки.

Данные профилактические меры имеют решающее значение для решения проблем обработки алюминиевых дисков для кухонной посуды и улучшения качества продукции..

7. Заключение

Основной причиной появления тигровых полос при штамповке и волочении алюминиевых дисков для кухонной посуды является неравномерная деформация, вызванная периодическими факторами (ориентация зерна, колебания процесса, периодические дефекты пресс-формы); в то время как апельсиновая корка вызвана микровыступы, вызванные непериодическими факторами (неровные зерна, твердые частицы, дисбаланс локального процесса). Отслеживание причин этих двух дефектов требует интеграции микроструктуры материала., параметры процесса, и условия плесени. Через “количественный контроль + целевая корректировка”, процент брака может быть эффективно снижен, обеспечение защиты качества поверхности алюминиевой кухонной посуды. Устранение этих дефектов текстуры является ключевым шагом на пути к комплексному решению проблем при обработке алюминиевых дисков для кухонной посуды..