การควบคุมอุณหภูมิความร้อนของอลูมิเนียมอัลลอยด์การขึ้นรูปเป็นกระบวนการหลักในการรับประกันคุณภาพของการขึ้นรูป อุณหภูมิที่สูงเกินไปอาจไม่เพียงแต่ทำให้เกิดรอยร้าวเท่านั้น แต่ยังทำให้เกิดข้อบกพร่องต่างๆ อีกด้วย ต่อไปนี้เป็นการวิเคราะห์เทคโนโลยีการควบคุมอุณหภูมิ กลไกการเกิดผลกระทบจากอุณหภูมิ และมาตรการป้องกัน:
I. เทคโนโลยีการควบคุมอุณหภูมิความร้อนอย่างแม่นยำ
1. การตั้งค่าเกณฑ์อุณหภูมิโดยพิจารณาจากเกรดของอัลลอยด์
|
ตัวอย่าง: เมื่อบริษัททำการขึ้นรูปเปลือกแบตเตอรี่ 7075 จะใช้การควบคุมอุณหภูมิแบบแบ่งส่วน: ในขั้นตอนการอุ่นก่อน จะรักษาอุณหภูมิไว้ที่ 400℃ เป็นเวลา 2 ชั่วโมง จากนั้นจึงให้ความร้อนถึง 430℃±5℃ อุณหภูมิคงที่ เพื่อให้เฟส β (MgZn₂) ละลายอย่างสมบูรณ์ ในขณะเดียวกันก็หลีกเลี่ยงการหลอมเหลวของยูเทคติกที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ (475℃) ที่ขอบเขตเฟส α+β.
2. อุปกรณ์ให้ความร้อนและระบบควบคุมอุณหภูมิ
การควบคุมอุณหภูมิแบบแบ่งส่วนของเตาแก๊ส: ใช้เตาให้ความร้อนแบบต่อเนื่องสามห้อง (ห้องอุ่นก่อน 400℃, ห้องให้ความร้อน 450℃ และห้องปรับสมดุล 430℃) พร้อมเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรด (ความแม่นยำ ±3℃) และควบคุมความสม่ำเสมอของอุณหภูมิเตาให้อยู่ภายใน ±10℃.
การควบคุมที่แม่นยำของเตาให้ความร้อนด้วยไฟฟ้า: เตาต้านทานสุญญากาศใช้ระบบควบคุมอุณหภูมิอัจฉริยะ PID เพื่อให้ความร้อนขึ้นสู่อุณหภูมิที่ตั้งไว้ในอัตรา 5℃/นาที และความผันผวนในขั้นตอนการฉนวน ≤±5℃ ซึ่งเหมาะสำหรับอัลลอยด์ที่ไวต่อความรู้สึก เช่น 7 series.
การชดเชยแบบไดนามิกของการให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำ: สำหรับการขึ้นรูปที่มีรูปร่างซับซ้อน (เช่น โครงสร้างหลายช่องของเปลือกแบตเตอรี่) จะใช้การให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำความถี่กลาง (ความถี่ 20-50kHz) เพื่อชดเชยอุณหภูมิในพื้นที่ผ่านผลกระทบจากกระแสวน ทำให้ความแตกต่างของอุณหภูมิหน้าตัดน้อยกว่า 15°C.
3. การจำลองสนามอุณหภูมิและการตรวจสอบแบบเรียลไทม์
การจำลอง CAE ก่อนการขึ้นรูป: ใช้ Deform-3D เพื่อจำลองกระบวนการให้ความร้อนและทำนายการกระจายตัวของอุณหภูมิของบิลเล็ต ตัวอย่างเช่น การจำลองการขึ้นรูปตัวยึดแบตเตอรี่รูปตัว L แสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิที่มุมต่ำกว่า 20°C เมื่อเทียบกับบนระนาบ ในการผลิตจริง จะมีการชดเชยด้วยขดลวดให้ความร้อนแบบแบ่งส่วน
เครื่องถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรดออนไลน์: ความเร็วในการสแกน 100 เฟรม/วินาที สร้างแผนผังอุณหภูมิแบบเรียลไทม์ เมื่อตรวจพบอุณหภูมิสูงเกินไปในพื้นที่ (เช่น > ค่าที่ตั้งไว้ 15°C) ระบบจะเริ่มอุปกรณ์ระบายความร้อนด้วยอากาศโดยอัตโนมัติ
II. การวิเคราะห์กลไกการเกิดรอยร้าวจากอุณหภูมิที่สูงเกินไป
1. ข้อบกพร่องทางโครงสร้างที่เกิดจากความเสียหายจากความร้อน
ลักษณะสามประการของการเผาไหม้มากเกินไป:
รูปสามเหลี่ยมออกซิเดชันปรากฏที่ขอบเกรน (เมื่ออุณหภูมิสูงกว่าจุดหลอมเหลวของยูเทคติก Mg₂Si และเฟสอื่นๆ จะหลอมเหลว);
ขอบเกรนกว้างขึ้นและก่อตัวเป็นเครือข่าย (ตัวอย่างเช่น เมื่อ 6061 อลูมิเนียมอัลลอยด์ ถูกให้ความร้อนที่ 560℃ เป็นเวลา 20 นาที อัตราส่วนของเฟสของเหลวที่ขอบเกรนสูงถึง 3%);
ลูกบอลหลอมเหลวซ้ำปรากฏระหว่างเดนไดรต์ (7075 อลูมิเนียมอัลลอยด์ ถูกเก็บไว้ที่ 480℃ เป็นเวลา 1 ชั่วโมง และเฟส Al-Zn-Mg ระหว่างเดนไดรต์จะหลอมเหลว)
เกรนแบบเม็ดและอ่อนแอ: เมื่ออุณหภูมิเกินขีดจำกัดบนของอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ (เช่น 460℃ สำหรับ 7075) ขนาดเกรนจะเติบโตอย่างรวดเร็วจาก 10-20μm ในสถานะที่ขึ้นรูปเป็นมากกว่า 500μm พลาสติกจะลดลง 40% และรอยร้าวเกิดขึ้นตามขอบเกรนในระหว่างการขึ้นรูป
2. ความเข้มข้นของความเค้นทำให้เกิดรอยร้าว
รอยร้าวจากความเค้นจากความแตกต่างของอุณหภูมิ: เมื่ออัตราการให้ความร้อนเร็วเกินไป (เช่น >15℃/นาที) ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพื้นผิวและแกนกลางของการขึ้นรูป >50℃ ทำให้เกิดความเค้นจากความร้อน (σ=EαΔT) เมื่อ σ> ความแข็งแรงของวัสดุ (เช่น 7075 ที่ 400℃ σs=120MPa) จะเกิดรอยร้าว
การซ้อนทับความเค้นจากการเปลี่ยนแปลงเฟส: เมื่ออลูมิเนียมอัลลอยด์ 2 series ถูกให้ความร้อนถึง 500℃ อัตราการละลายของเฟส θ (CuAl₂) ไม่สม่ำเสมอ และความเค้นจากการเปลี่ยนแปลงเฟสในพื้นที่จะถูกซ้อนทับกับความเค้นจากการขึ้นรูป ทำให้รอยร้าวขยายตัวไปตามขอบเกรน
III. มาตรการตอบโต้กระบวนการป้องกันรอยร้าว
1. การควบคุมการให้ความร้อนและการฉนวนแบบไล่ระดับ
เส้นโค้งการให้ความร้อนแบบขั้นบันได:
ส่วนอุณหภูมิต่ำ (200-300℃): อัตราการให้ความร้อน 5℃/นาที กำจัดความเค้นภายในของบิลเล็ต;
ส่วนอุณหภูมิปานกลาง (300-400℃): อัตรา 10℃/นาที ส่งเสริมการกระจายตัวของเฟสที่สองอย่างสม่ำเสมอ;
ส่วนอุณหภูมิสูง (400 - อุณหภูมิที่ตั้งไว้): อัตรา 5℃/นาที รับประกันอุณหภูมิที่สม่ำเสมอ
การคำนวณเวลาฉนวน: ตามความหนาของบิลเล็ต (มม.) × 1.5-2 นาที/มม. ตัวอย่างเช่น บิลเล็ต 7075 หนา 100 มม. ฉนวน 430℃ เป็นเวลา 2.5-3 ชั่วโมง เพื่อให้เฟสเสริมความแข็งแรงละลายอย่างสมบูรณ์
2. การอุ่นแม่พิมพ์และการขึ้นรูปไอโซเทอร์มอล
การจับคู่แม่พิมพ์อุณหภูมิ: ก่อนการขึ้นรูป แม่พิมพ์จะถูกอุ่นล่วงหน้าถึง 250-300℃ (6 series) หรือ 180-220℃ (7 series) เพื่อลดความเค้นจากความแตกต่างของอุณหภูมิที่เกิดจากการเย็นตัวอย่างรวดเร็วของการขึ้นรูป
เทคโนโลยีการขึ้นรูปไอโซเทอร์มอล: การขึ้นรูปด้วยความเร็วต่ำ 0.01-0.1 มม./วินาที บนเครื่องกดเซอร์โว ในขณะที่แท่งให้ความร้อนในตัวในแม่พิมพ์รักษาอุณหภูมิของบิลเล็ตที่ ±3℃ ซึ่งเหมาะสำหรับเปลือกแบตเตอรี่แบบผนังบางที่ซับซ้อน (ความหนาของผนัง <3 มม.)
3. การป้องกันและตรวจจับรอยร้าว
การปรับสภาพพื้นผิวก่อนการให้ความร้อน: กำจัดมาตราส่วนออกไซด์บนพื้นผิวของบิลเล็ต (เมื่อความหนา >0.2 มม. รอยร้าวขนาดเล็กภายใต้มาตราส่วนออกไซด์จะขยายตัวที่อุณหภูมิสูง) และใช้การยิงช็อตหรือการซักด้วยด่างสำหรับการปรับสภาพเบื้องต้น
การควบคุมการทดสอบแบบไม่ทำลาย: การตรวจจับข้อบกพร่องด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง 100% (ความถี่ 2.5-5MHz) หลังจากการขึ้นรูปเพื่อตรวจจับการคลายตัวของขอบเกรนที่เกิดจากการเผาไหม้มากเกินไป (แอมพลิจูดการสะท้อน ≥φ2 มม. รูแบนราบเทียบเท่า)
อีเมล：cast@ebcastings.com
การควบคุมอุณหภูมิความร้อนของอลูมิเนียมอัลลอยด์การขึ้นรูปเป็นกระบวนการหลักในการรับประกันคุณภาพของการขึ้นรูป อุณหภูมิที่สูงเกินไปอาจไม่เพียงแต่ทำให้เกิดรอยร้าวเท่านั้น แต่ยังทำให้เกิดข้อบกพร่องต่างๆ อีกด้วย ต่อไปนี้เป็นการวิเคราะห์เทคโนโลยีการควบคุมอุณหภูมิ กลไกการเกิดผลกระทบจากอุณหภูมิ และมาตรการป้องกัน:
I. เทคโนโลยีการควบคุมอุณหภูมิความร้อนอย่างแม่นยำ
1. การตั้งค่าเกณฑ์อุณหภูมิโดยพิจารณาจากเกรดของอัลลอยด์
|
ตัวอย่าง: เมื่อบริษัททำการขึ้นรูปเปลือกแบตเตอรี่ 7075 จะใช้การควบคุมอุณหภูมิแบบแบ่งส่วน: ในขั้นตอนการอุ่นก่อน จะรักษาอุณหภูมิไว้ที่ 400℃ เป็นเวลา 2 ชั่วโมง จากนั้นจึงให้ความร้อนถึง 430℃±5℃ อุณหภูมิคงที่ เพื่อให้เฟส β (MgZn₂) ละลายอย่างสมบูรณ์ ในขณะเดียวกันก็หลีกเลี่ยงการหลอมเหลวของยูเทคติกที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ (475℃) ที่ขอบเขตเฟส α+β.
2. อุปกรณ์ให้ความร้อนและระบบควบคุมอุณหภูมิ
การควบคุมอุณหภูมิแบบแบ่งส่วนของเตาแก๊ส: ใช้เตาให้ความร้อนแบบต่อเนื่องสามห้อง (ห้องอุ่นก่อน 400℃, ห้องให้ความร้อน 450℃ และห้องปรับสมดุล 430℃) พร้อมเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรด (ความแม่นยำ ±3℃) และควบคุมความสม่ำเสมอของอุณหภูมิเตาให้อยู่ภายใน ±10℃.
การควบคุมที่แม่นยำของเตาให้ความร้อนด้วยไฟฟ้า: เตาต้านทานสุญญากาศใช้ระบบควบคุมอุณหภูมิอัจฉริยะ PID เพื่อให้ความร้อนขึ้นสู่อุณหภูมิที่ตั้งไว้ในอัตรา 5℃/นาที และความผันผวนในขั้นตอนการฉนวน ≤±5℃ ซึ่งเหมาะสำหรับอัลลอยด์ที่ไวต่อความรู้สึก เช่น 7 series.
การชดเชยแบบไดนามิกของการให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำ: สำหรับการขึ้นรูปที่มีรูปร่างซับซ้อน (เช่น โครงสร้างหลายช่องของเปลือกแบตเตอรี่) จะใช้การให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำความถี่กลาง (ความถี่ 20-50kHz) เพื่อชดเชยอุณหภูมิในพื้นที่ผ่านผลกระทบจากกระแสวน ทำให้ความแตกต่างของอุณหภูมิหน้าตัดน้อยกว่า 15°C.
3. การจำลองสนามอุณหภูมิและการตรวจสอบแบบเรียลไทม์
การจำลอง CAE ก่อนการขึ้นรูป: ใช้ Deform-3D เพื่อจำลองกระบวนการให้ความร้อนและทำนายการกระจายตัวของอุณหภูมิของบิลเล็ต ตัวอย่างเช่น การจำลองการขึ้นรูปตัวยึดแบตเตอรี่รูปตัว L แสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิที่มุมต่ำกว่า 20°C เมื่อเทียบกับบนระนาบ ในการผลิตจริง จะมีการชดเชยด้วยขดลวดให้ความร้อนแบบแบ่งส่วน
เครื่องถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรดออนไลน์: ความเร็วในการสแกน 100 เฟรม/วินาที สร้างแผนผังอุณหภูมิแบบเรียลไทม์ เมื่อตรวจพบอุณหภูมิสูงเกินไปในพื้นที่ (เช่น > ค่าที่ตั้งไว้ 15°C) ระบบจะเริ่มอุปกรณ์ระบายความร้อนด้วยอากาศโดยอัตโนมัติ
II. การวิเคราะห์กลไกการเกิดรอยร้าวจากอุณหภูมิที่สูงเกินไป
1. ข้อบกพร่องทางโครงสร้างที่เกิดจากความเสียหายจากความร้อน
ลักษณะสามประการของการเผาไหม้มากเกินไป:
รูปสามเหลี่ยมออกซิเดชันปรากฏที่ขอบเกรน (เมื่ออุณหภูมิสูงกว่าจุดหลอมเหลวของยูเทคติก Mg₂Si และเฟสอื่นๆ จะหลอมเหลว);
ขอบเกรนกว้างขึ้นและก่อตัวเป็นเครือข่าย (ตัวอย่างเช่น เมื่อ 6061 อลูมิเนียมอัลลอยด์ ถูกให้ความร้อนที่ 560℃ เป็นเวลา 20 นาที อัตราส่วนของเฟสของเหลวที่ขอบเกรนสูงถึง 3%);
ลูกบอลหลอมเหลวซ้ำปรากฏระหว่างเดนไดรต์ (7075 อลูมิเนียมอัลลอยด์ ถูกเก็บไว้ที่ 480℃ เป็นเวลา 1 ชั่วโมง และเฟส Al-Zn-Mg ระหว่างเดนไดรต์จะหลอมเหลว)
เกรนแบบเม็ดและอ่อนแอ: เมื่ออุณหภูมิเกินขีดจำกัดบนของอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ (เช่น 460℃ สำหรับ 7075) ขนาดเกรนจะเติบโตอย่างรวดเร็วจาก 10-20μm ในสถานะที่ขึ้นรูปเป็นมากกว่า 500μm พลาสติกจะลดลง 40% และรอยร้าวเกิดขึ้นตามขอบเกรนในระหว่างการขึ้นรูป
2. ความเข้มข้นของความเค้นทำให้เกิดรอยร้าว
รอยร้าวจากความเค้นจากความแตกต่างของอุณหภูมิ: เมื่ออัตราการให้ความร้อนเร็วเกินไป (เช่น >15℃/นาที) ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพื้นผิวและแกนกลางของการขึ้นรูป >50℃ ทำให้เกิดความเค้นจากความร้อน (σ=EαΔT) เมื่อ σ> ความแข็งแรงของวัสดุ (เช่น 7075 ที่ 400℃ σs=120MPa) จะเกิดรอยร้าว
การซ้อนทับความเค้นจากการเปลี่ยนแปลงเฟส: เมื่ออลูมิเนียมอัลลอยด์ 2 series ถูกให้ความร้อนถึง 500℃ อัตราการละลายของเฟส θ (CuAl₂) ไม่สม่ำเสมอ และความเค้นจากการเปลี่ยนแปลงเฟสในพื้นที่จะถูกซ้อนทับกับความเค้นจากการขึ้นรูป ทำให้รอยร้าวขยายตัวไปตามขอบเกรน
III. มาตรการตอบโต้กระบวนการป้องกันรอยร้าว
1. การควบคุมการให้ความร้อนและการฉนวนแบบไล่ระดับ
เส้นโค้งการให้ความร้อนแบบขั้นบันได:
ส่วนอุณหภูมิต่ำ (200-300℃): อัตราการให้ความร้อน 5℃/นาที กำจัดความเค้นภายในของบิลเล็ต;
ส่วนอุณหภูมิปานกลาง (300-400℃): อัตรา 10℃/นาที ส่งเสริมการกระจายตัวของเฟสที่สองอย่างสม่ำเสมอ;
ส่วนอุณหภูมิสูง (400 - อุณหภูมิที่ตั้งไว้): อัตรา 5℃/นาที รับประกันอุณหภูมิที่สม่ำเสมอ
การคำนวณเวลาฉนวน: ตามความหนาของบิลเล็ต (มม.) × 1.5-2 นาที/มม. ตัวอย่างเช่น บิลเล็ต 7075 หนา 100 มม. ฉนวน 430℃ เป็นเวลา 2.5-3 ชั่วโมง เพื่อให้เฟสเสริมความแข็งแรงละลายอย่างสมบูรณ์
2. การอุ่นแม่พิมพ์และการขึ้นรูปไอโซเทอร์มอล
การจับคู่แม่พิมพ์อุณหภูมิ: ก่อนการขึ้นรูป แม่พิมพ์จะถูกอุ่นล่วงหน้าถึง 250-300℃ (6 series) หรือ 180-220℃ (7 series) เพื่อลดความเค้นจากความแตกต่างของอุณหภูมิที่เกิดจากการเย็นตัวอย่างรวดเร็วของการขึ้นรูป
เทคโนโลยีการขึ้นรูปไอโซเทอร์มอล: การขึ้นรูปด้วยความเร็วต่ำ 0.01-0.1 มม./วินาที บนเครื่องกดเซอร์โว ในขณะที่แท่งให้ความร้อนในตัวในแม่พิมพ์รักษาอุณหภูมิของบิลเล็ตที่ ±3℃ ซึ่งเหมาะสำหรับเปลือกแบตเตอรี่แบบผนังบางที่ซับซ้อน (ความหนาของผนัง <3 มม.)
3. การป้องกันและตรวจจับรอยร้าว
การปรับสภาพพื้นผิวก่อนการให้ความร้อน: กำจัดมาตราส่วนออกไซด์บนพื้นผิวของบิลเล็ต (เมื่อความหนา >0.2 มม. รอยร้าวขนาดเล็กภายใต้มาตราส่วนออกไซด์จะขยายตัวที่อุณหภูมิสูง) และใช้การยิงช็อตหรือการซักด้วยด่างสำหรับการปรับสภาพเบื้องต้น
การควบคุมการทดสอบแบบไม่ทำลาย: การตรวจจับข้อบกพร่องด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง 100% (ความถี่ 2.5-5MHz) หลังจากการขึ้นรูปเพื่อตรวจจับการคลายตัวของขอบเกรนที่เกิดจากการเผาไหม้มากเกินไป (แอมพลิจูดการสะท้อน ≥φ2 มม. รูแบนราบเทียบเท่า)
อีเมล：cast@ebcastings.com
