Bei der Anpassung von Aluminiumlegierungsschmieden, auf welche Prozessprobleme sollte bei der Zeichnung Design geachtet werden?

Die Konstruktionszeichnungen von kundenspezifischen Schmiedeteilen aus Aluminiumlegierungen müssen eng mit den Merkmalen des Schmiedeprozesses verknüpft sein, um Formschwierigkeiten, Werkzeugverschleiß oder Leistungsdefekte zu vermeiden, die durch ein unvernünftiges strukturelles Design verursacht werden. Im Folgenden wird eine Analyse der Strukturelemente, Maßtoleranzen, Prozesskennzeichnungen und anderer Abmessungen in Kombination mit den Merkmalen von Schmiedeteilen aus Aluminiumlegierungen vorgenommen:

I. Prozessanpassungsfähigkeit des strukturellen Designs

1. Vermeiden Sie extreme strukturelle Merkmale

Fall: Die Konstruktionszeichnung eines Aluminiumlegierungs-Motorgehäuses hat ein Φ10mm tiefes Loch (Lochtiefe 55mm). Der Dorn verschliss während des Schmiedens stark, daher wurde er später in ein Φ10mm×30mm Sackloch + Φ8mm×25mm gestuftes Loch geändert. Die Formqualifizierungsrate stieg von 40% auf 92%.

2. Differenzierte Gestaltung des Entformungswinkels
Entsprechende Winkel der Legierungsserien:
6er Serie (6061/6082): Außenwand 5°-7°, Innenwand 7°-10° (gute Plastizität, etwas kleinerer Winkel);
7er Serie (7075/7A04): Außenwand 7°-10°, Innenwand 10°-15° (starke Abschrecktendenz, Winkel muss erhöht werden, um Klemmen zu verhindern);
2er Serie (2024/2A12): Außenwand 6°-8°, Innenwand 8°-12° (Vermeidung von Entformungsrissen durch zu kleinen Winkel).
Strukturelle Optimierung: Für Tiefhohlraumstrukturen (z. B. Batteriegehäuse) wird ein variabler Winkelentwurf verwendet: 10° für den oberen Abschnitt, 8° für den mittleren Abschnitt und 5° für den unteren Abschnitt, mit Auswerfermechanismus zur Unterstützung der Entformung.

3. Mechanische Anpassung des Rundungsradius
Berechnung des minimalen Rundungsradius (Rmin):
Rmin = 0,2× Wandstärke + 2mm (anwendbar für 6er Serie);
Rmin = 0,3× Wandstärke + 3mm (anwendbar für 7er Serie / 2er Serie).
Beispiel: Für 7075 Schmiedeteile mit einer Wandstärke von 5 mm sollte der Eckradius R ≥0,3×5+3=4,5 mm betragen, um Spannungskonzentrationsrisse bei R＜3 mm zu vermeiden.
Behandlung von Sonderteilen: An der Verbindung von Rippen und Stegen wird ein elliptischer Übergang verwendet (die Längsachse verläuft entlang der Fließrichtung des Metalls), z. B. die Gestaltung eines elliptischen Radius von R8×R12 an der Verbindung der Rippen einer bestimmten Halterung, um das Risiko von Schmiedefalten zu verringern.

II. Maßtoleranz und Bearbeitungszugabe-Design
1. Anpassung der Toleranzbänder an den Schmiedeprozess

Lineare Maßtoleranz (gemäß GB/T 15826.7-2012):

Geometrische Toleranzkontrolle: Ebenheit ≤ 0,5 mm/100 mm, Rechtwinkligkeit ≤ 0,8 mm/100 mm, dünnwandige Teile (Wandstärke < 5 mm) müssen auf 1/2 des Standardwerts verengt werden.

2. Dreidimensionale Verteilung der Bearbeitungszugabe
Radiale Zugabe: 3-5 mm (Freiformschmieden), 1,5-3 mm (Gesenkschmieden) für die äußere zylindrische Oberfläche; 4-6 mm (Freiformschmieden), 2-4 mm (Gesenkschmieden) für die innere Lochoberfläche.
Axiale Zugabe: 2-4 mm werden an jeder Stirnfläche gelassen. Bei Wellenteilen mit einem Seitenverhältnis > 3 muss in der Mitte eine Verzugsschutzzugabe von 1-2 mm hinzugefügt werden.
Zugabenkompensation: Bei Schmiedeteilen der 7er Serie muss aufgrund der großen Verformung beim Abschrecken die Zugabe für Schlüsselgrößen um 20 % - 30 % erhöht werden, z. B. die Innenmaßzugabe eines 7075-Flansches von 3 mm auf 4 mm erhöht.

III. Prozesskennzeichnung und Sonderanforderungen
1. Obligatorische Kennzeichnung der Faserflussrichtung
Kennzeichnungsmethode: Pfeile zur Anzeige der Faserrichtung in der Schnittansicht. Der Winkel zwischen der Faserrichtung und der Hauptspannungsrichtung muss in den wichtigsten spannungsbeanspruchten Teilen (z. B. im Bereich der Radschraubenlöcher) ≤15° betragen.
Verbotenes Design: Vermeiden Sie, dass die Spannungsrichtung des Schmiedeteils senkrecht zur Faserrichtung steht (z. B. wenn die Zahnrichtung senkrecht zur Faser steht, nimmt die Biegefestigkeit um 30 % ab).
2. Gestaltung der Trennfläche und des Prozessvorsprungs
Prinzipien für die Auswahl der Trennfläche:
Befindet sich im größten Querschnitt des Schmiedeteils, um Fehlausrichtungen durch asymmetrische Trennung zu vermeiden;
Die Rauheit der Trennfläche von Schmiedeteilen der 7er Serie beträgt Ra≤1,6μm, um Grate durch Reißen des Grats zu verhindern.
Gestaltung des Prozessvorsprungs: Für asymmetrische Schmiedeteile (z. B. L-förmige Halterungen) muss ein Prozessvorsprung von Φ10-15 mm zur Positionierung ausgelegt werden. Der Vorsprung wird anschließend bearbeitet und entfernt, und die Position wird im spannungsfreien Bereich gewählt.
3. Wärmebehandlungszustand und Fehlererkennungsanforderungen
Zustandskennzeichnung: Der Zeichnungskopf muss den Zustand T6/T74/T651 usw. angeben. Wenn beispielsweise das 2024 Schmiedeteil den T4-Zustand erfordert, muss es als "Lösungsglühen + natürliche Alterung" gekennzeichnet sein.

Zerstörungsfreie Prüfverfahren:
Wichtige Teile (z. B. Fahrgestellteile): 100% Ultraschallprüfung (Abnahmeklasse ≥ GB/T 6462-2017 II. Klasse);
Luft- und Raumfahrt-Schmiedeteile: Zusätzliche fluoreszierende Eindringprüfung (Empfindlichkeitsklasse ≥ ASME V 2. Klasse).

IV. Typische Fehlerfälle und Verbesserungspläne
1. Fall: 6061 Automobil-Querlenker reißt
Ursprüngliches Designproblem: Die Wandstärke des Stegs in der Mitte des Armkörpers ändert sich plötzlich (von 8 mm→3 mm), der Übergangsradius beträgt R2 mm, und es entstehen Risse an der plötzlichen Änderung nach dem Schmieden.
Verbessertes Design: Die Wandstärke ändert sich allmählich (8 mm→5 mm→3 mm), und die Übergangszone ist mit einem Winkel von R8 mm + 45° ausgelegt, und das Rissproblem verschwindet.
2. Fall: 7075 Luftfahrtgelenk außerhalb der Toleranz
Ursprüngliche Toleranzeinstellung: Durchmesser Φ50 mm±0,3 mm (Gesenkschmieden), die Rate der Maßabweichungen aufgrund von Schrumpfung beim Abschrecken erreichte in der tatsächlichen Produktion 50 %.
Verbesserungsplan: "4 mm Bearbeitungszugabe nach dem Warmumformen, Feinverzahnen auf Φ50±0,05 mm nach dem Abschrecken" kennzeichnen, und die Qualifizierungsrate wird auf 98 % erhöht.

V. Entwurfswerkzeuge und Standardreferenzen
1. CAE-Simulationsgestütztes Design
Verwendung von Deform-3D zur Simulation des Metallflusses und zur Optimierung von Entformungswinkel und Rundung: Zum Beispiel zeigt die Simulation einer komplexen Schale, dass der Metallflussratenunterschied an der R5 mm Rundung des ursprünglichen Designs 20 % beträgt und der Flussratenunterschied nach der Umstellung auf R8 mm auf 5 % reduziert wird.
2. Referenzen zu Industriestandards
Inland: GB/T 15826-2012 "Bearbeitungszugabe und Toleranz von Stahl-Gesenkschmiedeteilen auf Hämmern";
International: ISO 8492:2011 "Toleranzen für Schmiedeteile aus Aluminium und Aluminiumlegierungen".

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Gestaltung von Zeichnungen für Schmiedeteile aus Aluminiumlegierungen eine tiefe Kopplung von Materialeigenschaften (wie der Abschrecktendenz der 7er Serie), Schmiedeprozessen (wie den Metallflussgesetzen des Gesenkschmiedens) und strukturellen Funktionen erfordert und die Herstellbarkeit und Leistung von Schmiedeteilen durch vernünftige Entformungswinkel, Rundungsradien, Zugabenverteilung und Prozesskennzeichnungen gewährleistet. Es wird empfohlen, in der Entwurfsphase mit Schmiedeteileherstellern zusammenzuarbeiten und Prozessrisiken durch DFM (Design for Manufacturability) -Analyse im Voraus zu vermeiden.

E-Mail: cast@ebcastings.com