In dem Artikel werden die Prinzipien des Kaltfließpressens erörtert und die Eigenschaften, der Prozessablauf und die Anforderungen für die Bildung eines Aluminiumlegierungsgehäuses für Steckverbinder hervorgehoben. Durch die Optimierung der Teilestruktur und die Festlegung von Kontrollanforderungen für die Kristallstruktur des Rohmaterials kann die Qualität des Kaltfließpressprozesses verbessert werden. Dieser Ansatz verbessert nicht nur die Umformqualität, sondern reduziert auch Bearbeitungsaufmaße und Gesamtkosten.
01 Einführung
Das Kaltfließpressverfahren ist ein spanloses Verfahren zur Metallumformung, das sich das Prinzip der plastischen Verformung zunutze macht. Bei diesem Verfahren wird bei Raumtemperatur ein bestimmter Druck auf das Metall im Hohlraum der Extrusionsdüse ausgeübt, sodass es durch das Düsenloch oder den Spalt zwischen konvexen und konkaven Düsen gedrückt werden kann. Dadurch entsteht die gewünschte Teileform.
Der Begriff „Kaltfließpressen“ umfasst eine Reihe von Umformverfahren, darunter das Kaltfließpressen selbst, das Stauchen, das Prägen, das Feinstanzen, das Einziehen, die Endbearbeitung und das Dünnstrecken. In den meisten Anwendungen dient das Kaltfließpressen als Urformverfahren, oft ergänzt durch ein oder mehrere Hilfsverfahren, um ein fertiges Teil von hoher Qualität herzustellen.
Kaltfließpressen ist eine fortschrittliche Methode in der Metall-Kunststoff-Verarbeitung und ersetzt zunehmend traditionelle Techniken wie Gießen, Schmieden, Ziehen und Schneiden. Derzeit kann dieses Verfahren auf Metalle wie Blei, Zinn, Aluminium, Kupfer, Zink und deren Legierungen sowie auf Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, Werkzeugstahl, niedriglegiertem Stahl und Edelstahl angewendet werden. Seit den 1980er Jahren wird das Kaltfließpressverfahren effektiv zur Herstellung von Aluminiumlegierungsgehäusen für Rundsteckverbinder eingesetzt und hat sich seitdem zu einer gut etablierten Technik entwickelt.
02 Prinzipien, Eigenschaften und Prozesse des Kaltfließpressens
2.1 Prinzipien der Kaltfließpressen
Die Presse und die Matrize wirken zusammen, um eine Kraft auf das verformte Metall auszuüben, wodurch in der primären Verformungszone ein dreidimensionaler Druckspannungszustand entsteht, der es dem verformten Metall ermöglicht, auf vorgegebene Weise plastisch zu fließen.
Die Wirkung der dreidimensionalen Druckspannung ist wie folgt.
1) Dreidimensionale Druckspannung kann die Relativbewegung zwischen Kristallen wirksam verhindern und so die plastische Verformung von Metallen deutlich verstärken.
2) Diese Art von Spannung kann dazu beitragen, verformte Metalle dichter zu machen und verschiedene Mikrorisse und Strukturfehler effektiv zu reparieren.
3) Dreidimensionale Druckspannungen können die Bildung von Spannungskonzentrationen verhindern und so die durch Verunreinigungen im Metall verursachten Schäden verringern.
4) Darüber hinaus kann es der durch ungleichmäßige Verformung verursachten zusätzlichen Zugspannung erheblich entgegenwirken und so Schäden durch diese Zugspannung minimieren.
Beim Kaltfließpressen fließt das verformte Metall in eine vorgegebene Richtung. Dadurch werden größere Körner zerkleinert, während sich die verbleibenden Körner und intergranularen Materialien entlang der Verformungsrichtung in die Länge ziehen. Dadurch sind die einzelnen Körner und Korngrenzen nur schwer zu unterscheiden und erscheinen als faserige Streifen, die man als faserige Struktur bezeichnet. Die Bildung dieser Faserstruktur erhöht den Verformungswiderstand des Metalls und verleiht den kaltfließgepressten Teilen gerichtete mechanische Eigenschaften.
Darüber hinaus geht die Gitterorientierung entlang der Metallflussrichtung von einem ungeordneten in einen geordneten Zustand über, was die Festigkeit der Komponente erhöht und zu anisotropen mechanischen Eigenschaften im verformten Metall führt. Während des Umformprozesses erfahren verschiedene Teile des Bauteils unterschiedlich starke Verformungen. Diese Variation führt zu Unterschieden in der Kaltverfestigung, was wiederum zu deutlichen Unterschieden in den mechanischen Eigenschaften und der Härteverteilung führt.
2.2 Eigenschaften der Kaltfließpressung
Das Kaltfließpressverfahren weist die folgenden Eigenschaften auf.
1) Kaltfließpressen ist ein endkonturnaher Umformprozess, der zur Einsparung von Rohstoffen beitragen kann.
2) Diese Methode arbeitet bei Raumtemperatur, zeichnet sich durch eine kurze Verarbeitungszeit für einzelne Stücke aus, bietet eine hohe Effizienz und ist leicht zu automatisieren.
3) Es gewährleistet die Genauigkeit wichtiger Abmessungen und erhält die Oberflächenqualität wichtiger Teile aufrecht.
4) Die Materialeigenschaften des verformten Metalls werden durch Kaltverfestigung und die Schaffung vollständiger Faserstromlinien verbessert.
2.3 Prozessablauf der Kaltfließpressung
Zur Hauptausrüstung des Kaltfließpressverfahrens gehören eine Kaltfließpressmaschine, ein Formwerkzeug und ein Wärmebehandlungsofen. Die Hauptprozesse sind Rohlingsherstellung und Umformung.
(1) Rohlingsherstellung:Der Stab wird durch Sägen, Stauchen usw. in den gewünschten Rohling geformtStanzen von BlechenAnschließend wird es geglüht, um es für die anschließende Kaltfließpressung vorzubereiten.
(2) Formung:Der geglühte Aluminiumlegierungsrohling wird im Formhohlraum positioniert. Durch die kombinierte Wirkung der Umformpresse und der Form gelangt der Aluminiumlegierungsrohling in einen Fließzustand und fließt reibungslos in den vorgesehenen Raum des Formhohlraums, sodass er die gewünschte Form annehmen kann. Allerdings erreicht die Festigkeit des Formteils möglicherweise nicht das optimale Niveau. Wenn eine höhere Festigkeit erforderlich ist, sind zusätzliche Behandlungen wie Mischkristallwärmebehandlung und Alterung (insbesondere bei Legierungen, die durch Wärmebehandlung verstärkt werden können) erforderlich.
Bei der Festlegung des Umformverfahrens und der Anzahl der Umformdurchgänge ist es wichtig, die Komplexität des Teils und die etablierten Maßstäbe für die Nachbearbeitung zu berücksichtigen. Der Prozessablauf für das Stecker- und Buchsengehäuse der J599-Serie umfasst die folgenden Schritte: Schneiden → Vordrehen auf beiden Seiten → Glühen → Schmieren → Extrudieren → Abschrecken → Drehen und Fräsen → Entgraten. Abbildung 1 zeigt den Prozessablauf für das Gehäuse mit Flansch, während Abbildung 2 den Prozessablauf für das Gehäuse ohne Flansch darstellt.
03 Typische Phänomene beim Kaltfließpressen
(1) Kaltverfestigung ist der Prozess, bei dem die Festigkeit und Härte eines verformten Metalls zunimmt, während seine Plastizität abnimmt, solange die Verformung unterhalb der Rekristallisationstemperatur erfolgt. Dies bedeutet, dass das Metall mit zunehmender Verformung fester und härter, aber weniger formbar wird. Kaltverfestigung ist eine wirksame Methode zur Verstärkung verschiedener Metalle, beispielsweise rostfreier Aluminiumlegierungen und austenitischem Edelstahl.
(2) Thermischer Effekt: Beim Kaltfließpressen wird der Großteil der für die Verformungsarbeit aufgewendeten Energie in Wärme umgewandelt. In Bereichen mit starker Verformung können Temperaturen zwischen 200 und 300 °C auftreten, insbesondere bei schneller und kontinuierlicher Produktion, wo der Temperaturanstieg noch deutlicher ausfällt. Diese thermischen Effekte beeinflussen den Fluss sowohl von Schmiermitteln als auch von verformten Metallen erheblich.
(3) Beim Kaltfließpressen treten im verformten Metall vor allem zwei Arten von Spannungen auf: Grundspannung und Zusatzspannung.
04 Prozessanforderungen für Kaltfließpressen
Angesichts der Probleme, die im Produktionsprozess des Kaltfließpressens für Steckverbindergehäuse aus 6061-Aluminiumlegierung auftreten, werden spezifische Anforderungen an deren Struktur, Rohstoffe und anderes festgelegtDrehprozessEigenschaften.
4.1 Anforderungen an die Breite der Hinterschnittnut der Innenloch-Passfedernut
Die Breite der hinterschnittenen Nut in der Innenloch-Passfedernut sollte mindestens 2,5 mm betragen. Wenn bauliche Gegebenheiten diese Breite begrenzen, sollte die zulässige Mindestbreite mehr als 2 mm betragen. Abbildung 3 zeigt den Vergleich der hinterschnittenen Nut in der inneren Lochkeilnut des Gehäuses vor und nach der Verbesserung. Abbildung 4 zeigt den Vergleich der Nut vor und nach der Verbesserung, insbesondere wenn sie durch strukturelle Überlegungen eingeschränkt ist.
4.2 Anforderungen an die Länge und Form eines einzelnen Schlüssels für das Innenloch
Integrieren Sie eine Hinterfräsernut oder Fase in das Innenloch der Schale. Abbildung 5 zeigt den Vergleich des Innenlochs der Schale vor und nach dem Hinzufügen der Hinterschneidernut, während Abbildung 6 den Vergleich des Innenlochs der Schale vor und nach dem Hinzufügen der Fase zeigt.
4.3 Anforderungen an den Boden der Innenloch-Sacknut
Den Blindnuten im Innenloch werden Fasen oder Hinterschnitte hinzugefügt. Abbildung 7 zeigt den Vergleich der Innenloch-Sacknut einer rechteckigen Schale vor und nach dem Hinzufügen der Fase.
4.4 Anforderungen an die Unterseite des Außenzylinderschlüssels
In den Boden des äußeren zylindrischen Schlüssels des Gehäuses wurde eine Entlastungsnut eingearbeitet. Der Vergleich vor und nach dem Hinzufügen der Entlastungsnut ist in Abbildung 8 dargestellt.
4.5 Rohstoffbedarf
Die Kristallstruktur des Rohmaterials beeinflusst maßgeblich die Oberflächenqualität, die nach dem Kaltfließpressen erreicht wird. Um sicherzustellen, dass die Oberflächenqualitätsstandards eingehalten werden, ist es wichtig, Kontrollanforderungen für die Kristallstruktur des Rohmaterials festzulegen. Insbesondere sollte die maximal zulässige Abmessung der groben Kristallringe auf einer Seite des Rohmaterials ≤ 1 mm betragen.
4.6 Anforderungen an das Verhältnis von Tiefe zu Durchmesser des Lochs
Das Verhältnis von Tiefe zu Durchmesser des Lochs muss ≤3 sein.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 03.12.2024