Bij het op maat maken van aluminiumlegeringen moeten bij het ontwerp van de tekening op welke procesvraagstukken aandacht worden besteed?

De ontwerptekeningen van op maat gemaakte smeedstukken van aluminiumlegeringen moeten nauw aansluiten bij de kenmerken van het smeedproces om vormingsproblemen, matrijsverlies of prestatiegebreken te voorkomen die worden veroorzaakt door een onredelijk structureel ontwerp. Hieronder volgt een analyse van de structurele elementen, maattoleranties, procesidentificatie en andere afmetingen in combinatie met de kenmerken van het smeedproces van aluminiumlegeringen:

I. Procesaanpassing van structureel ontwerp

1. Vermijd extreme structurele kenmerken

Geval: De ontwerptekening van een motorbehuizing van aluminiumlegering heeft een Φ10 mm diep gat (gatdiepte 55 mm). De stempel was zwaar versleten tijdens het smeden, dus werd deze later veranderd in een Φ10 mm × 30 mm blind gat + Φ8 mm × 25 mm getrapt gat. Het vormingskwalificatiepercentage steeg van 40% naar 92%.

2. Gedifferentieerd ontwerp van de lossingshoek
Overeenkomstige hoeken van legeringsseries:
6-serie (6061/6082): buitenwand 5°-7°, binnenwand 7°-10° (goede plasticiteit, iets kleinere hoek);
7-serie (7075/7A04): buitenwand 7°-10°, binnenwand 10°-15° (sterke quenching neiging, hoek moet worden vergroot om vastlopen te voorkomen);
2-serie (2024/2A12): buitenwand 6°-8°, binnenwand 8°-12° (vermijd ontvormingsscheuren veroorzaakt door te kleine hoek).
Structurele optimalisatie: Voor diepe holtestructuren (zoals batterijbehuizingen) wordt een variabel hoekontwerp toegepast: 10° voor het bovensegment, 8° voor het middensegment en 5° voor het ondersegment, met een uitwerpmeganisme om het ontvormen te ondersteunen.

3. Mechanische afstemming van de afrondingsstraal
Berekening van de minimale afrondingsstraal (Rmin):
Rmin = 0,2 × wanddikte + 2 mm (van toepassing op 6-serie);
Rmin = 0,3 × wanddikte + 3 mm (van toepassing op 7-serie / 2-serie).
Voorbeeld: Voor 7075 smeedstukken met een wanddikte van 5 mm moet de hoek R ≥ 0,3 × 5 + 3 = 4,5 mm zijn om spanningsconcentratiescheuren te voorkomen bij R < 3 mm.
Behandeling van speciale onderdelen: Elliptische overgang wordt gebruikt bij de verbinding tussen ribben en webben (de lange as is langs de metaalstroomrichting), zoals het ontwerp van een R8 × R12 elliptische afronding bij de verbinding van de ribben van een bepaalde beugel om het risico op smeedvouwen te verminderen.

II. Ontwerp van maattoleranties en bewerkingsspeling
1. Aanpassing van de tolerantieband aan het smeedproces

Lineaire maattolerantie (verwijzen naar GB/T 15826.7-2012):

Geometrische tolerantiecontrole: vlakheid ≤ 0,5 mm/100 mm, verticaliteit ≤ 0,8 mm/100 mm, dunwandige delen (wanddikte < 5 mm) moeten worden aangescherpt tot 1/2 standaardwaarde.

2. Driedimensionale verdeling van bewerkingsspeling
Radiale speling: 3-5 mm (vrij smeden), 1,5-3 mm (matrijs smeden) voor buitencylindrisch oppervlak; 4-6 mm (vrij smeden), 2-4 mm (matrijs smeden) voor binnenoppervlak.
Axiale speling: 2-4 mm wordt aan elk eindoppervlak gelaten. Voor asdelen met een aspectratio > 3 moet 1-2 mm anti-warping speling worden toegevoegd in het middensegment.
Compensatie van speling: Voor 7-serie smeedstukken, vanwege de grote vervorming tijdens het afschrikken, moet de speling van de belangrijkste afmetingen met 20%-30% worden verhoogd, zoals de speling van de binnendiameter van een 7075 flens die van 3 mm naar 4 mm is toegenomen.

III. Procesidentificatie en speciale vereisten
1. Verplichte markering van de vezelstroomrichting
Markeermethode: Gebruik pijlen om de vezelrichting in de dwarsdoorsnede aan te geven. De hoek tussen de vezelrichting en de hoofdspanningsrichting moet ≤ 15° zijn in de belangrijkste spanningsdragende delen (zoals het gebied van het naafboutgat).
Verboden ontwerp: Vermijd dat de spanningsrichting van het smeedstuk loodrecht op de vezelrichting staat (bijvoorbeeld wanneer de tandwielrichting loodrecht op de vezel staat, neemt de buigsterkte met 30% af).
2. Ontwerp van scheidingsvlak en procesboss
Principe voor selectie van scheidingsvlak:
Gelegen op de maximale dwarsdoorsnede van het smeedstuk om verkeerde uitlijning te voorkomen als gevolg van asymmetrische scheiding;
De ruwheid van het scheidingsvlak van 7-serie smeedstukken is Ra ≤ 1,6 μm om bramen te voorkomen die worden veroorzaakt door het scheuren van de flits.
Ontwerp van procesboss: Voor asymmetrische smeedstukken (zoals L-vormige beugels) moet een Φ10-15 mm procesboss worden ontworpen voor positionering. De boss wordt later bewerkt en verwijderd, en de positie wordt gekozen in het niet-spanningsgebied.
3. Warmtebehandelingsstatus en defectdetectievereisten
Statusidentificatie: De tekeningtitelbalk moet de status van T6/T74/T651, enz. aangeven. Bijvoorbeeld, wanneer het 2024 smeedstuk de T4-status vereist, moet het worden gemarkeerd als "oplossingsbehandeling + natuurlijke veroudering".

Niet-destructieve testtermen:
Belangrijke onderdelen (zoals chassisdelen): 100% ultrasone defectdetectie (acceptatieniveau ≥ GB/T 6462-2017 niveau II);
Smeedstukken van luchtvaartkwaliteit: Voeg fluorescerende penetrantietest toe (gevoeligheidsniveau ≥ ASME V niveau 2).

IV. Typische faalgevallen en verbeterplannen
1. Geval: 6061 auto draagarm scheurt
Oorspronkelijk ontwerpprobleem: De wanddikte van het web in het midden van de armlichaam verandert plotseling (van 8 mm → 3 mm), de overgangsstraal is R2 mm, en scheuren bij de plotselinge verandering na het smeden.
Verbeterd ontwerp: De wanddikte verandert geleidelijk (8 mm → 5 mm → 3 mm), en de overgangszone is ingesteld met een hoek van R8 mm + 45°, en het scheurprobleem verdwijnt.
2. Geval: 7075 luchtvaartverbinding maat buiten tolerantie
Oorspronkelijke tolerantie-instelling: diameter Φ50 mm ±0,3 mm (matrijs smeden), het percentage buiten tolerantie als gevolg van krimp tijdens het afschrikken in de werkelijke productie bereikte 50%.
Verbeteringsplan: markeer "4 mm bewerkingsspeling na heet smeden, fijn draaien tot Φ50 ±0,05 mm na afschrikken", en het gekwalificeerde percentage steeg tot 98%.

V. Ontwerptools en standaardreferenties
1. CAE-simulatie-ondersteund ontwerp
Gebruik Deform-3D om metaalstroming te simuleren en de lossingshoek en afronding te optimaliseren: Bijvoorbeeld, de simulatie van een complexe schaal toont aan dat het verschil in metaalstroomsnelheid bij de R5 mm afronding van het oorspronkelijke ontwerp 20% is, en het stroomsnelheidsverschil wordt verminderd tot 5% na wijziging naar R8 mm.
2. Verwijzingen naar industriestandaarden
Binnenlands: GB/T 15826-2012 "Bewerkingsspeling en tolerantie van stalen matrijs smeedstukken op hamers";
Internationaal: ISO 8492:2011 "Toleranties voor smeedstukken van aluminium en aluminiumlegeringen".

Samenvattend vereist het ontwerp van tekeningen voor smeedstukken van aluminiumlegeringen een diepe koppeling van materiaaleigenschappen (zoals de quenching-gevoeligheid van de 7-serie), smeedprocessen (zoals de metaalstroomwetten van matrijs smeden) en structurele functies, en zorgt het voor de maakbaarheid en prestaties van smeedstukken door redelijke lossingshoeken, afrondingsstralen, spelingverdeling en procesidentificatie. Het wordt aanbevolen om samen te werken met smeedfabrikanten in de ontwerpfase en procesrisico's van tevoren te vermijden door middel van DFM (design for manufacturability) analyse.

E-mail: cast@ebcastings.com