Aluminiumstansen, een productieproces met hoge snelheid en grote volumes, omvat het transformeren van vlakke aluminium platen tot complexe driedimensionale vormen met behulp van speciaal gereedschap en immense kracht. Dit proces is essentieel voor diverse industrieën, van de auto-industrie en de lucht- en ruimtevaart tot elektronica en bouw, vanwege de gewenste eigenschappen van aluminium, zoals lichtgewichtheid, corrosiebestendigheid en uitstekende vervormbaarheid. Het succes van aluminiumstansen hangt echter grotendeels af van de keuze van de juiste aluminiumlegering. Dit artikel gaat dieper in op de nuances van het kiezen van geschikte aluminiumlegeringen voor stansen, onderzoekt hun invloed op het stansproces en onderzoekt de mechanische eigenschappen van de resulterende stansdelen.
Welke soorten aluminiumlegeringen zijn geschikt voor stansen?
Aluminiumlegeringen worden geclassificeerd op basis van hun primaire legeringselementen, die een grote invloed hebben op hun eigenschappen.
1. Overzicht van aluminiumlegeringen
Gesmeed aluminium is ontworpen voor vormgevingsprocessen zoals aluminiumpersen. Ze worden verder gecategoriseerd op basis van hun primaire legeringselementen:
- Koperlegeringen (2xxx-serie): Ze staan bekend om hun hoge sterkte, maar ze kunnen lastig te lassen zijn en ze zijn soms maar beperkt vervormbaar.
- Magnesium-siliciumlegeringen (6xxx-serie): Ze bieden een goede balans tussen sterkte, vervormbaarheid en lasbaarheid, waardoor ze een populaire keuze zijn voor aluminium stempeltoepassingen.
- Magnesiumlegeringen (5xxx-serie): Beroemd om hun hoge sterkte-gewichtsverhouding en uitstekende corrosiebestendigheid.
- Mangaanlegeringen (3xxx-serie): Biedt goede verwerkbaarheid en matige sterkte. Wordt vaak gebruikt in toepassingen waarbij kosteneffectiviteit van cruciaal belang is.
- Zinklegeringen (7xxx-serie): Ze zijn uitzonderlijk sterk, maar kunnen gevoeliger zijn voor scheuren tijdens het vormen.
- Siliciumlegeringen (4xxx-serie): Wordt voornamelijk gebruikt voor lasdoeleinden vanwege het lage smeltpunt.
2. Veelgebruikte stanslegeringen
6xxx-serie (aluminium-magnesium-silicium): Deze serie is een werkpaard in de aluminiumstansindustrie.
- 6061: Een veelzijdige legering die bekend staat om zijn uitstekende vervormbaarheid, gemiddelde sterkte en goede lasbaarheid. Het vindt toepassingen in auto-onderdelen, lucht- en ruimtevaartconstructies en architectonische producten.
- 6063: Biedt een hoge vervormbaarheid en goede corrosiebestendigheid. Het wordt veel gebruikt in extrusieprocessen, maar kan ook in verschillende vormen worden gestanst, waaronder die voor de bouw en consumentenelektronica.
5xxx-serie (aluminium-magnesium): Deze legeringen zijn geliefd vanwege hun hoge sterkte-gewichtsverhouding, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen waarbij gewichtsvermindering van cruciaal belang is.
- 5052: Biedt een goede balans tussen sterkte, vervormbaarheid en corrosiebestendigheid. Het wordt vaak gebruikt in maritieme toepassingen, transport en drukvaten.
- 5083: Het heeft een hoge sterkte en is uitstekend lasbaar, waardoor het geschikt is voor veeleisende toepassingen zoals scheepsbouw en militaire voertuigen.
3xxx-serie (aluminium-mangaan):Deze legeringen bieden een goede combinatie van verwerkbaarheid en kosteneffectiviteit.
- 3003: Bekend om zijn hoge vervormbaarheid en goede corrosiebestendigheid. Het wordt veel gebruikt in voedsel- en drankverpakkingen, evenals in de algemene plaatbewerking.
- 3004: Biedt een hogere sterkte dan 3003 en behoudt tegelijkertijd een goede vervormbaarheid. Het wordt veel gebruikt in transporttoepassingen en architectonische producten.
3. Andere geschikte legeringen
- 7xxx-serie (aluminium-zink-magnesium-koper): Deze legeringen bieden uitzonderlijke sterkte, maar kunnen lastiger te vormen zijn vanwege hun scheurgevoeligheid. Ze worden vaak gebruikt in de lucht- en ruimtevaart, waar hoge sterkte van cruciaal belang is.
- 2xxx-serie (aluminium-koper): Deze legeringen bieden een hoge sterkte, maar zijn soms lastiger te vormen en te lassen. Ze worden doorgaans gebruikt in toepassingen waar hoge sterkte en corrosiebestendigheid cruciaal zijn, zoals vliegtuigonderdelen.
Hoe beïnvloeden verschillende aluminiumlegeringen het stansproces?
De keuze van de aluminiumlegering heeft een grote invloed op het aluminiumstansproces en de eigenschappen van het eindproduct.
1. Vervormbaarheid
- Spanningsverharding: Tijdens het stansen ondergaat het metaal plastische vervorming, wat leidt tot vervormingsverharding, waarbij het materiaal sterker en minder taai wordt. De snelheid van vervormingsverharding varieert per legering. Legeringen met een hogere vervormingsverharding vereisen mogelijk meer kracht om te vervormen en kunnen gevoeliger zijn voor scheurvorming.
- Vervormbaarheid: Ductiliteit is het vermogen van een materiaal om plastisch te vervormen zonder te breken. Zeer ductiele legeringen kunnen tot complexe vormen worden gevormd met een minimaal risico op falen. Legeringen met een lagere ductiliteit vereisen mogelijk geleidelijkere vervormingsstappen om scheurvorming te voorkomen.
2. Kracht
- Stampdruk: De sterkte van de aluminiumlegering is direct van invloed op de benodigde persdruk. Legeringen met een hogere sterkte vereisen hogere krachten om de gewenste vervorming te bereiken.
- Spring terug: Terugvering is de neiging van het metaal om na de vorming gedeeltelijk zijn oorspronkelijke vorm terug te nemen. Sterkere legeringen vertonen een sterkere terugvering, waardoor zorgvuldige overweging bij het matrijsontwerp vereist is om dit effect te compenseren.
3. Werkverharding
Versteviging kan in sommige gevallen gunstig zijn, omdat het de sterkte en stijfheid van het eindproduct kan verhogen. Overmatige versteviging kan echter leiden tot plaatselijke spanning en mogelijke scheurvorming. De snelheid van de versteviging varieert per legering en beïnvloedt de algehele vervormbaarheid en de uiteindelijke mechanische eigenschappen van het gestanste onderdeel.
4. Hittebehandeling
Sommige aluminiumlegeringen, zoals de 6000- en 7000-serie, kunnen een warmtebehandeling ondergaan om hun sterkte en andere mechanische eigenschappen verder te verbeteren. Warmtebehandelingsprocessen, zoals oplossingswarmtebehandeling en kunstmatige veroudering, kunnen de vervormbaarheid en de geschiktheid van de legering voor stansen aanzienlijk beïnvloeden.
Wat zijn de mechanische eigenschappen van gestanste aluminiumonderdelen?
De mechanische eigenschappen van aluminium gestempelde onderdelen zijn van cruciaal belang om hun prestaties in de dienstverlening te waarborgen.
1. Kracht
- Treksterkte: Meet de maximale spanning die een legering kan weerstaan voordat deze onder spanning breekt.
- Opbrengst sterkte: Geeft het spanningsniveau aan waarbij de legering plastisch begint te vervormen.
- Vermoeidheidssterkte: Geeft het vermogen van de legering aan om herhaalde cyclische belasting te weerstaan zonder te breken.
De sterkte-eigenschappen van gestanste onderdelen worden beïnvloed door de samenstelling van de legering, de parameters van het stansproces en eventuele daaropvolgende warmtebehandeling.
2. Ductiliteit
Ductiliteit is een maatstaf voor het vermogen van een legering om plastisch te vervormen zonder te breken. Het wordt doorgaans gemeten in termen van:
- Verlenging: De procentuele toename in de lengte van een monster voordat het breekt onder trekbelasting.
- Oppervlaktevermindering: De procentuele afname van de dwarsdoorsnede van een monster op het breukpunt.
Ductiliteit is essentieel om ervoor te zorgen dat het gestanste onderdeel de complexe vormen kan aannemen die in veel toepassingen nodig zijn.
3. Hardheid
Hardheid is een maatstaf voor de weerstand van een legering tegen indrukking of krassen. Deze wordt vaak gemeten met de Rockwell- of Brinell-hardheidsschaal. Een hogere hardheid verbetert over het algemeen de slijtvastheid en maatvastheid van het gestanste onderdeel.
4. Overige eigenschappen
- Corrosieweerstand: Aluminium en aluminiumlegeringen zijn van nature corrosiebestendig door de vorming van een beschermende oxidelaag op hun oppervlak. De corrosiebestendigheid van verschillende legeringen kan echter variëren.
- Vermoeidheid leven: Het aantal belastingscycli dat een onderdeel kan doorstaan voordat het breekt onder cyclische belasting. De vermoeiingslevensduur is cruciaal voor componenten die worden blootgesteld aan herhaalde belasting, zoals die in de auto- en ruimtevaart.
Aluminiumstansen biedt een veelzijdige en efficiënte oplossing voor moderne productiebehoeften. Door de eigenschappen van verschillende aluminiumlegeringen en hun impact op het stansproces te begrijpen, kunnen fabrikanten de prestaties en kosteneffectiviteit optimaliseren. Dankzij de vooruitgang in de ontwikkeling van legeringen en stanstechnieken zullen aluminium gestanste onderdelen een cruciale rol blijven spelen in industrieën die op zoek zijn naar lichtgewicht, duurzame en duurzame oplossingen.
