Analyse des effets de différentes tôles (par exemple, aluminium, acier inoxydable, tôle galvanisée) sur les performances de pliage et de laminage des bords

Les processus d'ourlet pliant sont des processus essentiels dans la fabrication automobile, la production d'appareils électroménagers et le traitement des machines de précision, qui influencent directement la résistance structurelle, les performances d'étanchéité et la qualité de surface du produit. En raison des différences dans la structure cristalline, les propriétés mécaniques et les caractéristiques de surface des différents matériaux métalliques, les caractéristiques du processus sont évidentes lors du processus de pliage et de franges. En prenant comme exemples l'alliage d'aluminium, l'acier inoxydable et la tôle d'acier galvanisée, l'influence de leurs propriétés matérielles sur le processus de pliage et d'enroulement est systématiquement analysée et les stratégies d'optimisation sont proposées en fonction de l'exemple d'ingénierie.
1. Mécanisme des caractéristiques matérielles influençant le processus marginal
1.1 Caractéristiques de pliage des bords de l’alliage d’aluminium
Les alliages d'aluminium (tels que la série 6016) ont un bord unique en raison de leur faible limite d'élasticité (environ 140 à 180 MPa) et de leur allongement élevé (supérieur ou égal à 25 %). Grâce à l'analyse par éléments finis, le flux de matière dans la zone de déformation est uniforme, la répartition de la répartition des contraintes de traction tangentielle est plus uniforme que celle de l'acier au carbone lors du processus d'ouverture et de retournement des bords de l'aluminium 6016, réduisant efficacement le risque de fissuration des bords. Par exemple, dans le processus de pliage d'un moteur à gaz de combustion, l'alliage d'aluminium 6016 peut avoir un facteur de rotation limite de 0,68, 9,7 % supérieur au facteur de rotation limite de la tôle d'acier DC04 (0,62), permettant une plus grande hauteur de braquage et une géométrie plus complexe.
Cependant, l'indice d'écrouissage élevé (valeur n) de l'alliage d'aluminium (0,2-0,3) entraîne un rebond plus important après pliage des bords que l'acier. Les données de mesure du capot avant de la voiture électrique ont montré que le pli du bord en aluminium avait un angle de retour élastique de 3,2 degrés, soit 77,8 % de plus que la même épaisseur de tôles d'acier (1,8 degrés). Afin de contrôler le rebond, les mesures suivantes doivent être prises :
Augmentez le rayon du congé de bride (recommandé r supérieur ou égal à 0,5t, t est l'épaisseur de la tôle).
Coefficient de compensation de matrice optimisé (K=1.05–1,10).
Mettre en œuvre un étalonnage secondaire.
1.2 Défi du pliage latéral en acier inoxydable
L'acier inoxydable austénitique (par exemple 304) est confronté à deux défis majeurs en matière de pliage en raison d'une limite d'élasticité supérieure ou égale à 205 MPa et d'un allongement relativement faible supérieur ou égal à supérieur ou égal à 40 % :
Fissuration des bords : la résistance élevée conduit à une concentration de contraintes de traction tangentielle concentrées dans la zone de déformation, et le bord du trou est sujet aux microfissures lorsque le coefficient de rotation est inférieur à 0,58. Une étude de cas d'une entreprise d'équipement de cuisine montre que l'acier inoxydable 304 avait un taux de fissuration de 12 12 % lorsqu'il avait une hauteur de bride de 8 mm, tandis que l'aluminium 6016 avait un taux de fissuration de seulement 2 % dans les mêmes conditions.
Durcissement : lorsque la valeur n- est 0.3 -0.5, la dureté du matériau augmente de 30 à 50 % après le pliage des bords, ce qui augmente considérablement l'usure du moule lors du forgeage.
Pour résoudre le problème des ourlets en acier inoxydable, les pratiques d'ingénierie comprennent généralement :
le diamètre du trou pré-perforé-a augmenté de 5 à 8 % pour compenser le rebond.
De l'azote liquide a été utilisé pour réduire la contrainte d'écoulement du matériau.
Le coefficient de frottement a été réduit par le nano lubrifiant (μ inférieur ou égal à 0,08).
1.3 Caractéristiques du processus de la tôle d'acier galvanisée.
Les propriétés de pliage des bords des tôles d'acier galvanisées (par exemple DC04+ZE) sont fortement influencées par le revêtement :
Tôle galvanisée : La tôle galvanisée a une épaisseur de 5 à 10 μm, avec une forte adhérence aux substrats. Lors du processus de pliage des bords, le revêtement de zinc se déforme en synchronisation avec les substrats et ne tombe pas facilement. Cependant, la dureté du revêtement de zinc (HV 180-220) est supérieure à celle du substrat (HV 140-160), ce qui entraîne une concentration de contraintes aux angles vifs lorsque les bords se plient.
Tôle galvanisée à chaud- : avec une épaisseur de revêtement de 20 à 40 μm et une plasticité relativement faible, le revêtement de zinc est sujet à la fissuration du réseau lorsque la hauteur de bride dépasse 6 mm. Les tests effectués par une entreprise d'électroménager montrent que lorsque les jantes ont été tournées jusqu'à 8 mm de hauteur, la couche de galvanisation thermique n'avait qu'un taux de 65 %, tandis que la tôle électrozinguée était terminée à 92 %.
Les solutions d'optimisation comprennent :
Contrôlez la vitesse d'ourlet (inférieure ou égale à 50 mm/s) pour réduire l'écaillage du revêtement.
Le processus de pliage par étapes est adopté (formage en deux étapes).
Augmentez l'angle de dénudage (1 degré – 2 degrés) pour réduire la friction.
2. Réaction du matériau lors de la déchirure
2.1 Pression d'ourlet et déformation du matériau
La pression d’ourlet est un indice important de formabilité du matériau. Basé sur les données de simulation Dynaform :
La pression de pré-roulage en alliage d'aluminium 6016 était en moyenne de 502 N et la pression d'ourlet finale est de 1 327 N.
La pression de pré-roulage de la tôle d'acier DC04 était en moyenne de 860N et la pression de sertissage finale est de 1 852 N.
L'alliage d'aluminium nécessite une pression de flexion 40 à 42 % inférieure à celle de l'acier, principalement en raison de son faible module d'élasticité (70GPa contre 70GPa). 210 GPa) et d'un rapport de déformation plastique élevé-(valeur r 1,2 : 0,8).
2.2 Contrôle de l'effet d'onde
La limite d'élasticité du matériau affecte directement la qualité de la surface une fois que l'alliage d'aluminium de curling. 6016 a une limite d'élasticité de 140 MPa et une hauteur de vague de 0,15 mm après le curling, ce qui est 53 % inférieur à la hauteur de vague-(0,32 mm) de la tôle d'acier DC04 sous la même force de curling. Cela le rend idéal pour les panneaux d'ourlet des panneaux extérieurs automobiles. La rugosité de surface des pièces ourlées en alliage d'aluminium peut atteindre 0,8 μm, ce qui répond aux exigences de la surface de classe A-des modèles haut de gamme-.
2.3 Gestion des indentations
Dans le processus de curling (indentation), la quantité de matériau s'écoulant dans la bride doit être strictement contrôlée . 6016 l'indentation de l'alliage d'aluminium est 15 à 20 % plus grande que celle de la plaque d'acier. Si les paramètres du processus ne sont pas correctement contrôlés, ils peuvent entraîner :
Ourlet incomplet (jeu > 0,1 mm).
Concentration des contraintes sur les bords (conduisant à des fissures de fatigue).
Un constructeur automobile contrôle les empreintes à 0,3 mm près :
un contrôle de pression segmenté (pression initiale réduite de 30 %) est utilisé pour le pré-bouclage.
Augmente la durée de séjour (de 2 à 4 ss) lors de l'ourlet final.
Optimiser le dégagement des matrices (1,1t vs.
3. Pratique d'ingénierie de sélection des matériaux et d'optimisation des processus
3.1 Étude de cas : Panneaux de carrosserie automobile
La nouvelle plaque extérieure de couverture avant de voiture utilise un matériau en aluminium 6016 pour remplacer le matériau en acier traditionnel et réalise des améliorations de qualité grâce aux innovations de processus suivantes :
Prétraitement du matériau : Le traitement thermique T4 (traitement en solution + vieillissement naturel) a permis d'obtenir un contrôle du rendement de 160 MPa et une augmentation de l'allongement à 28 %.
Conception de la matrice : réduction du frottement et prolongation de la durée de vie de la matrice de 50 000 à 200 000 semaines avec revêtement DLC (dureté HV2500).
Surveillance du processus : installez des capteurs de pression (précision ± 1 N), ajustez la force de bouclage en temps réel et contrôlez la hauteur des vagues dans une plage de ± 0,05 mm.
3.2 Étude de cas : revêtement intérieur en acier inoxydable d'appareils électroménagers
Le revêtement-haut de gamme du réfrigérateur, fabriqué en acier inoxydable 304, peut résoudre le problème de fissuration des bords du réfrigérateur :
Mise à niveau de la lubrification : le coefficient de friction est réduit de 0,2 à 0,06 à l'aide de graphène-contenant du nano-lubrifiant.
Amélioration du processus : utilisation du processus en trois étapes "pré-emboutissage → pliage cryogénique → traitement de recuit" pour augmenter la hauteur du bord de 6 mm à 10 mm.
Optimisation de la matrice : augmentez le congé de poinçon du rayon de bordage de 0,3 t à 0,5 t et diminuez le taux de fissuration de 8 % à 0,5 %.
3.3 Étude de cas : Tôle d'acier galvanisée pour les structures de bâtiments
Dans l'ingénierie de la structure en acier des tôles galvanisées à chaud-pour fabriquer des tuiles, le problème de pelage du revêtement de zinc lors du processus de pliage des murs est résolu par les mesures suivantes :
Contrôle du revêtement : Réduisez l’épaisseur du revêtement de 30 microns à 20 microns pour équilibrer la résistance à la corrosion et la mise en forme.
Paramètres de processus : vitesse d'ourlet réduite de 80 mm/s à 40 mm/s et temps de séjour augmenté de 1 s à 3 s.
Post-traitement : augmentation de l'injection de pellets (intensité Almen 0,15 A) pour éliminer les contraintes résiduelles dues au pliage des bords.
4. Tendances et défis du développement futur
La demande croissante d'alliages d'aluminium légers (tels que la série 7075) et d'aciers avancés à haute résistance (tels que le DP980) a conduit à une augmentation des applications, posant de nouveaux défis aux processus d'ourlet et de curling :
Alliages d'aluminium à haute résistance : des limites d'élasticité supérieures à 500 MPa nécessitent le développement de procédés de moulage thermique (150 à 250 degrés) pour réduire la résistance à la déformation.
Aciers à haute résistance-de troisième génération : seulement 10 à 15 %, nécessite un formage hydraulique en combinaison avec des techniques de chauffage locales.
Composites : les problèmes de liaison interfaciale entre des matériaux différents doivent être résolus dans le pli latéral de la plaque composite acier-aluminium.
Conclusion:
Différentes tôles varient considérablement au cours du processus de pliage et de bordage : l'alliage d'aluminium est le matériau préféré pour les plaques externes en raison de sa faible limite d'élasticité et de son allongement élevé, mais nécessite un contrôle strict du rebond et de l'indentation ; l'acier inoxydable nécessite des améliorations en matière de lubrification et des innovations en matière de processus pour lutter contre les fissures ; la tôle d'acier galvanisée nécessite un équilibre entre l'épaisseur du revêtement et la formabilité. À l'avenir, avec le développement de la science des matériaux et de la technologie de formage, le processus de pliage et de curling des carrosseries automobiles hybrides multi-matériaux deviendra un sujet brûlant, qui nécessite une innovation collaborative dans la conception des matériaux, l'optimisation des moules et le contrôle des processus.