เมื่อการปรับแต่ง forgings อลูมิเนียมสับสนธิ, ประเด็นกระบวนการใดควรได้รับความสนใจในการออกแบบการออกแบบ?

แบบร่างการออกแบบชิ้นส่วนอะลูมิเนียมอัลลอยด์ที่ผลิตด้วยการตีขึ้นรูปต้องสอดคล้องกับลักษณะเฉพาะของกระบวนการตีขึ้นรูปอย่างใกล้ชิด เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาการขึ้นรูป การสึกหรอของแม่พิมพ์ หรือข้อบกพร่องด้านประสิทธิภาพที่เกิดจากการออกแบบโครงสร้างที่ไม่สมเหตุสมผล ต่อไปนี้เป็นการวิเคราะห์องค์ประกอบโครงสร้าง ความคลาดเคลื่อนของมิติ การระบุลักษณะกระบวนการ และมิติอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับลักษณะเฉพาะของการตีขึ้นรูปอะลูมิเนียมอัลลอยด์:

I. ความสามารถในการปรับตัวของกระบวนการออกแบบโครงสร้าง

1. หลีกเลี่ยงคุณสมบัติโครงสร้างที่มากเกินไป

กรณีศึกษา: แบบร่างการออกแบบเสื้อยนต์อะลูมิเนียมอัลลอยด์มีรูลึกขนาด Φ10 มม. (ความลึกรู 55 มม.) แกนเจาะสึกหรออย่างรุนแรงระหว่างการตีขึ้นรูป จึงเปลี่ยนเป็นรูตันขนาด Φ10 มม. × 30 มม. + รูขั้นบันไดขนาด Φ8 มม. × 25 มม. อัตราการผ่านเกณฑ์การขึ้นรูปเพิ่มขึ้นจาก 40% เป็น 92%

2. การออกแบบมุมเทที่แตกต่างกัน
มุมที่สอดคล้องกันของซีรีส์อัลลอยด์:
ซีรีส์ 6 (6061/6082): ผนังด้านนอก 5°-7°, ผนังด้านใน 7°-10° (ความยืดหยุ่นดี, มุมเล็กน้อย);
ซีรีส์ 7 (7075/7A04): ผนังด้านนอก 7°-10°, ผนังด้านใน 10°-15° (มีแนวโน้มการชุบแข็งสูง, ต้องเพิ่มมุมเพื่อป้องกันการติดขัด);
ซีรีส์ 2 (2024/2A12): ผนังด้านนอก 6°-8°, ผนังด้านใน 8°-12° (หลีกเลี่ยงรอยร้าวจากการถอดแบบเนื่องจากมุมเล็กเกินไป).
การปรับปรุงโครงสร้าง: สำหรับโครงสร้างที่มีโพรงลึก (เช่น เสื้อแบตเตอรี่) ใช้การออกแบบมุมแปรผัน: 10° สำหรับส่วนบน, 8° สำหรับส่วนกลาง, และ 5° สำหรับส่วนล่าง, พร้อมกลไกการดีดตัวเพื่อช่วยในการถอดแบบ

3. การจับคู่ทางกลของรัศมีมุมโค้ง
การคำนวณรัศมีมุมโค้งขั้นต่ำ (Rmin):
Rmin = 0.2 × ความหนาผนัง + 2 มม. (ใช้ได้กับซีรีส์ 6);
Rmin = 0.3 × ความหนาผนัง + 3 มม. (ใช้ได้กับซีรีส์ 7 / ซีรีส์ 2).
ตัวอย่าง: สำหรับชิ้นส่วนตีขึ้นรูป 7075 ที่มีความหนาผนัง 5 มม. รัศมีมุมควรเป็น ≥0.3 × 5 + 3 = 4.5 มม. เพื่อหลีกเลี่ยงรอยร้าวจากการกระจุกตัวของความเค้นเมื่อ R < 3 มม.
การจัดการชิ้นส่วนพิเศษ: ใช้การเปลี่ยนรูปทรงรีที่จุดเชื่อมต่อระหว่างครีบและแผ่นรอง (แกนยาวตามทิศทางการไหลของโลหะ) เช่น การออกแบบมุมโค้งทรงรี R8 มม. × R12 มม. ที่จุดเชื่อมต่อของครีบของตัวยึดบางส่วน เพื่อลดความเสี่ยงของการเกิดรอยพับจากการตีขึ้นรูป

II. ความคลาดเคลื่อนของมิติและการออกแบบระยะเผื่อการตัดเฉือน
1. ความสามารถในการปรับตัวของกระบวนการตีขึ้นรูปของแถบความคลาดเคลื่อน

ความคลาดเคลื่อนของมิติเชิงเส้น (อ้างอิง GB/T 15826.7-2012):

การควบคุมความคลาดเคลื่อนทางเรขาคณิต: ความเรียบ ≤ 0.5 มม./100 มม., ความตั้งฉาก ≤ 0.8 มม./100 มม., ชิ้นส่วนผนังบาง (ความหนาผนัง < 5 มม.) ต้องเข้มงวดเป็น 1/2 ค่ามาตรฐาน

2. การกระจายระยะเผื่อการตัดเฉือนสามมิติ
ระยะเผื่อแนวรัศมี: 3-5 มม. (การตีขึ้นรูปอิสระ), 1.5-3 มม. (การตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์) สำหรับพื้นผิวกระบอกสูบด้านนอก; 4-6 มม. (การตีขึ้นรูปอิสระ), 2-4 มม. (การตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์) สำหรับพื้นผิวรูด้านใน
ระยะเผื่อแนวแกน: เว้นไว้ 2-4 มม. ที่แต่ละปลาย สำหรับชิ้นส่วนเพลาที่มีอัตราส่วนความยาวต่อความกว้าง > 3 ต้องเพิ่มระยะเผื่อป้องกันการบิดงอ 1-2 มม. ที่ส่วนกลาง
การชดเชยระยะเผื่อ: สำหรับชิ้นส่วนตีขึ้นรูปซีรีส์ 7 เนื่องจากมีการเสียรูปจากการชุบแข็งสูง ระยะเผื่อขนาดสำคัญต้องเพิ่มขึ้น 20%-30% เช่น ระยะเผื่อเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของหน้าแปลน 7075 เพิ่มขึ้นจาก 3 มม. เป็น 4 มม.

III. การระบุลักษณะกระบวนการและข้อกำหนดพิเศษ
1. การทำเครื่องหมายทิศทางการไหลของเส้นใยที่บังคับ
วิธีการทำเครื่องหมาย: ใช้ลูกศรเพื่อระบุทิศทางของเส้นใยในมุมมองตัดขวาง มุมระหว่างทิศทางของเส้นใยและทิศทางของความเค้นหลักต้อง ≤15° ในส่วนที่รับความเค้นสำคัญ (เช่น บริเวณรูสลักดุมล้อ)
การออกแบบที่ห้าม: หลีกเลี่ยงทิศทางความเค้นของชิ้นส่วนตีขึ้นรูปตั้งฉากกับทิศทางของเส้นใย (เช่น เมื่อทิศทางฟันเฟืองตั้งฉากกับเส้นใย ความแข็งแรงดัดจะลดลง 30%)
2. การออกแบบพื้นผิวแยกและปุ่มกระบวนการ
หลักการเลือกพื้นผิวแยก:
อยู่ที่ส่วนตัดขวางที่ใหญ่ที่สุดของชิ้นส่วนตีขึ้นรูป เพื่อหลีกเลี่ยงการเยื้องศูนย์ที่เกิดจากการแยกที่ไม่สมมาตร;
ความหยาบของพื้นผิวแยกของชิ้นส่วนตีขึ้นรูปซีรีส์ 7 คือ Ra ≤1.6 μm เพื่อป้องกันครีบที่เกิดจากการฉีกขาดของแฟลช
การออกแบบปุ่มกระบวนการ: สำหรับชิ้นส่วนตีขึ้นรูปที่ไม่สมมาตร (เช่น ตัวยึดรูปตัว L) ต้องออกแบบปุ่มกระบวนการขนาด Φ10-15 มม. เพื่อการกำหนดตำแหน่ง ปุ่มจะถูกตัดเฉือนและถอดออกในภายหลัง และตำแหน่งจะถูกเลือกในบริเวณที่ไม่รับความเค้น
3. สภาพการอบชุบด้วยความร้อนและข้อกำหนดการตรวจจับข้อบกพร่อง
การระบุสภาพ: แถบชื่อเรื่องของแบบร่างต้องระบุสภาพของ T6/T74/T651 ฯลฯ ตัวอย่างเช่น เมื่อชิ้นส่วนตีขึ้นรูป 2024 ต้องการสภาพ T4 ต้องระบุว่าเป็น "การอบอ่อนด้วยสารละลาย + การบ่มตามธรรมชาติ"

เงื่อนไขการทดสอบแบบไม่ทำลาย:
ชิ้นส่วนสำคัญ (เช่น ชิ้นส่วนแชสซี): การตรวจจับข้อบกพร่องด้วยอัลตราโซนิก 100% (ระดับการยอมรับ ≥ GB/T 6462-2017 ระดับ II);
ชิ้นส่วนตีขึ้นรูปเกรดอากาศยาน: เพิ่มการทดสอบการแทรกซึมด้วยฟลูออเรสเซนต์ (ระดับความไว ≥ ASME V ระดับ 2)

IV. กรณีความล้มเหลวทั่วไปและแผนการปรับปรุง
1. กรณีศึกษา: การแตกร้าวของแขนควบคุมรถยนต์ 6061
ปัญหาการออกแบบเดิม: ความหนาผนังของแผ่นรองตรงกลางลำตัวแขนมีการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหัน (จาก 8 มม. → 3 มม.) รัศมีเปลี่ยนผ่านคือ R2 มม. และเกิดรอยร้าวที่จุดเปลี่ยนอย่างกะทันหันหลังจากการตีขึ้นรูป
การออกแบบที่ปรับปรุงแล้ว: การเปลี่ยนแปลงความหนาผนังค่อยเป็นค่อยไป (8 มม. → 5 มม. → 3 มม.) และโซนเปลี่ยนผ่านถูกตั้งค่าด้วยมุม R8 มม. + 45° และปัญหาการแตกร้าวหายไป
2. กรณีศึกษา: ข้อต่อการบิน 7075 ขนาดนอกช่วงความคลาดเคลื่อน
การตั้งค่าความคลาดเคลื่อนเดิม: เส้นผ่านศูนย์กลาง Φ50 มม. ±0.3 มม. (การตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์) อัตราการนอกช่วงเนื่องจากการหดตัวจากการชุบแข็งในการผลิตจริงถึง 50%
แผนการปรับปรุง: ทำเครื่องหมาย "ระยะเผื่อการตัดเฉือน 4 มม. หลังการตีขึ้นรูปด้วยความร้อน, การกลึงละเอียดเป็น Φ50 ±0.05 มม. หลังการชุบแข็ง" และอัตราการผ่านเกณฑ์เพิ่มขึ้นเป็น 98%

V. เครื่องมือออกแบบและการอ้างอิงมาตรฐาน
1. การออกแบบโดยใช้การจำลอง CAE ช่วย
ใช้ Deform-3D เพื่อจำลองการไหลของโลหะและปรับปรุงมุมเทและมุมโค้ง: ตัวอย่างเช่น การจำลองเปลือกที่ซับซ้อนแสดงให้เห็นว่าความแตกต่างของอัตราการไหลของโลหะที่มุมโค้ง R5 มม. ของการออกแบบเดิมคือ 20% และความแตกต่างของอัตราการไหลลดลงเหลือ 5% หลังจากเปลี่ยนเป็น R8 มม.
2. การอ้างอิงมาตรฐานอุตสาหกรรม
ภายในประเทศ: GB/T 15826-2012 "ระยะเผื่อการตัดเฉือนและความคลาดเคลื่อนของชิ้นส่วนตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์เหล็กบนค้อน";
ระหว่างประเทศ: ISO 8492:2011 "ความคลาดเคลื่อนของชิ้นส่วนตีขึ้นรูปอะลูมิเนียมและอะลูมิเนียมอัลลอยด์"

โดยสรุป การออกแบบแบบร่างชิ้นส่วนตีขึ้นรูปอะลูมิเนียมอัลลอยด์จำเป็นต้องเชื่อมโยงคุณสมบัติของวัสดุ (เช่น ความไวต่อการชุบแข็งของซีรีส์ 7) กระบวนการตีขึ้นรูป (เช่น กฎการไหลของโลหะของการตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์) และฟังก์ชันโครงสร้างอย่างลึกซึ้ง และรับประกันความสามารถในการผลิตและประสิทธิภาพของชิ้นส่วนตีขึ้นรูปผ่านมุมเทที่เหมาะสม รัศมีมุมโค้ง การจัดสรรระยะเผื่อ และการระบุลักษณะกระบวนการ ขอแนะนำให้ร่วมมือกับผู้ผลิตชิ้นส่วนตีขึ้นรูปในขั้นตอนการออกแบบ และหลีกเลี่ยงความเสี่ยงของกระบวนการล่วงหน้าผ่านการวิเคราะห์ DFM (การออกแบบเพื่อความสามารถในการผลิต)

อีเมล: cast@ebcastings.com