Mosazná slitina

Polotovary a materiály

V současné době se jako materiály pro požadované polotovary při výrobě hydroformingem používají převážně slitiny oceli a hliníku. Pro hydroformované výrobky v potrubářském a sanitárním průmyslu se používají slitiny mědi a mosazi. Použité slitiny odpovídají ve většině případů materiálům, které se používají pro běžné procesy tváření za studena, jako je hluboké tažení nebo hromadné tváření. V zásadě jsou všechny kovové materiály s dostatečnou tvářitelností vhodné pro polotovary v procesech hydroformování. Jemnozrnná struktura v kombinaci s velkým množstvím rovnoměrného prodloužení, prodloužením při lomu a velkým koeficientem deformačního zpevnění jsou výhodné z hlediska proveditelné expanze výchozího obrobku, dosažitelné bez výskytu materiálových nestabilit. Pevnost výsledné součásti se zvyšuje výrazným pracovním zpevněním tvářeného materiálu; pracovní zpevnění však také způsobuje zvýšení požadovaných tvářecích zatížení.

Slitiny ocelí používané nebo zkoušené pro konvenční hydroformování součástí jsou tvárné nízkouhlíkové oceli, oceli kalené, tepelně zpracovatelné oceli, feritické a austenitické nerezavějící oceli, jakož i vysokopevnostní a ultravysokopevnostní oceli, např. Obecně se trubkové ocelové materiály, které se používají pro hydroformingové aplikace, vyrábějí z plochého plechového materiálu kontinuálním válcováním a podélným vysokofrekvenčním svařováním pro uzavření válcovaného trubkového průřezu. Trubky s kruhovým průřezem i profily, které se liší od kruhového tvaru, lze vytvářet válcováním za použití vhodných válcovacích nástrojů. V současné době se však pro výrobu ocelových dílů hydraulickým tvářením používají převážně polotovary s kruhovým průřezem. Typické rozměry konvenčně hydroformovaných ocelových trubek jsou vnější průměry, d0, mezi přibližně 20 mm a 140 mm s poměrem tloušťky stěny k vnějšímu průměru, t0/d0, mezi přibližně 0,012 a 0,16. Pokud jde o mikrohydroformování, trh v současné době nabízí válcované a svařované kovové mikrotrubky s minimálními vnějšími průměry přibližně 0,2 mm a minimální tloušťkou stěny přibližně 0,03 mm.

Při výběru vhodných trubek pro hydroformovací procesy je třeba rozlišovat mezi trubkami bez procesu žíhání po tváření za studena válcováním nebo tažením, trubkami taženými s malou výslednou deformací po předchozím procesu žíhání a trubkami žíhanými po konečné operaci tváření za studena. Procesy tažení, které následují po operaci tváření válcováním, slouží k úpravě konečného průměru trubky a/nebo tloušťky stěny a rovněž poskytují zvýšení pevnosti v důsledku účinků pracovního zpevnění.

Tažené a nežíhané trubky běžně poskytují sníženou tvářitelnost v procesech hydroformování v závislosti na vlastnostech použité ocelové slitiny a velikosti deformace vyvolané operací tažení. Trubky, které byly taženy s malou výslednou deformací po žíhání, vykazují tvářitelnost za studena v určitých mezích. Nejrozsáhlejší tvářitelnosti za studena se dosahuje při použití trubek, které byly žíhány po konečné operaci tváření za studena, jako je válcování nebo tažení.

Aby se zabránilo předčasnému prasknutí obrobku v rámci procesu hydroformování, je u válcovaných a svařovaných trubek vyžadována vysoce uspokojivá kvalita svarového spoje. Doporučuje se vyhnout se umístění svarového spoje v konečné hydroformované součásti v oblastech, kde na součást během procesu hydroformování působí nadměrná tahová napětí způsobená roztažností.

Co se týče použití hliníkových slitin pro konvenční hydroformování, v současné době se používají slitiny hliníku 5000 vytvrzované prací, pokud je prioritou vysoká míra tvařitelnosti a odolnosti proti korozi, zatímco slitiny hliníku 6000 vytvrzované srážením se používají pro součásti vyžadující vysokou pevnost, např. Obecně se trubky ze slitin hliníku 5000 vyrábějí z plochého plechového materiálu průběžným válcováním s podélným svařováním, zatímco slitiny hliníku 6000 se vyrábějí jako lisované profily. Vytlačované profily nabízejí výhody v konstrukční flexibilitě pro složité průřezy s ostrými rohy, vícenásobnými dutinami a přírubami. Při návrhu příslušné součásti pro hydroformování je však třeba vzít v úvahu sníženou tvářitelnost těchto polotovarů. Kromě toho je výběr extrudovaného materiálu pro hydroformované mikrosoučásti v současné době omezen minimálními rozměry průřezu, které lze v příslušných průmyslových odvětvích vyrobit. Výroba mikroextrudovaných profilů jako polotovarů byla předmětem několika výzkumů, například .

Vzhledem k vysokému poměru pevnosti a hmotnosti nabízejí hořčíkové slitiny velký potenciál pro součásti se sníženou hmotností. Použití těchto slitin v tvářecích procesech pracujících při pokojové teplotě je však omezeno kvůli jejich hexagonální atomové struktuře. Zlepšení tvářitelnosti se dosáhne použitím vyšších teplot, přibližně nad 200 °C, kdy se aktivují další kluzné roviny. Na tomto pozadí byly v posledních několika letech provedeny různé výzkumy konvenčního hydroformování polotovarů ze slitin hořčíku za použití zvýšené teploty, např .

Návrh hydroformovacích procesů i sledování kvality polotovarů při výrobě hydroformováním vyžaduje vhodné a spolehlivé metody pro získání materiálových parametrů charakterizujících chování při tváření. Pokud jde o konvenční hydroformování trubek, v současné době se používají převážně tradiční metody zkoušení materiálu, jako jsou tahové zkoušky, metody mechanické roztažnosti a analýza mřížky. Vhodnost těchto metod je však často omezená, protože typický dvouosý stav napětí v procesech hydroformování není reprodukován nebo je reprodukován pouze přibližně.

Nejběžnější používanou metodou charakterizující tvářecí chování použitého trubkového materiálu je tahová zkouška, která je standardizovanou jednoosou metodou zkoušení materiálu. Je třeba rozlišovat mezi použitím této zkoušky na výchozí plechový materiál před válcováním a na válcované a svařované obrobky. Zkouška výchozího plechového materiálu znamená, že změny vlastností materiálu způsobené výrobním procesem trubky zůstávají nezohledněny.

Metoda pro deformační analýzu hydraulicky tvářených součástí spočívá v aplikaci kruhových nebo čtvercových mřížek na povrch výchozího polotovaru. Změřená deformace jednotlivých prvků mřížky na hydroformovaném obrobku umožňuje stanovit lokální deformace, které poskytují hodnocení procesu hydroformování při porovnání analyzovaných deformací s mezní křivkou tváření příslušného materiálu trubky, např. Při použití této metody v procesech mikrohydrotvarování existují omezení vzhledem k minimální použitelné velikosti mřížky u mikrotrubiček.