วัสดุแผ่นปั๊มอลูมิเนียมยานยนต์ต้องเผชิญกับความท้าทายอะไรบ้าง?

1 การประยุกต์ใช้โลหะผสมอลูมิเนียมในอุตสาหกรรมยานยนต์

ปัจจุบัน อุตสาหกรรมยานยนต์ใช้อลูมิเนียมมากกว่า 12% ถึง 15% ของปริมาณการใช้ทั่วโลก โดยบางประเทศพัฒนาแล้วใช้มากกว่า 25% ในปี พ.ศ. 2545 อุตสาหกรรมยานยนต์ในยุโรปใช้อลูมิเนียมอัลลอยด์มากกว่า 1.5 ล้านเมตริกตันต่อปี โดยประมาณ 250,000 เมตริกตันถูกใช้ในการผลิตตัวถังรถยนต์ 800,000 เมตริกตันสำหรับการผลิตระบบส่งกำลังรถยนต์ และอีก 428,000 เมตริกตันสำหรับการผลิตระบบขับเคลื่อนและระบบช่วงล่างรถยนต์ เห็นได้ชัดว่าอุตสาหกรรมการผลิตยานยนต์ได้กลายเป็นผู้บริโภคอลูมิเนียมรายใหญ่ที่สุด

ข้อกำหนดทางเทคนิค 2 ประการสำหรับแผ่นปั๊มอลูมิเนียมในการปั๊ม

2.1 ข้อกำหนดการขึ้นรูปและแม่พิมพ์สำหรับแผ่นอลูมิเนียม

กระบวนการขึ้นรูปโลหะผสมอะลูมิเนียมมีความคล้ายคลึงกับแผ่นเหล็กรีดเย็นทั่วไป โดยสามารถเพิ่มกระบวนการต่างๆ เพื่อลดปริมาณวัสดุเหลือใช้และเศษอะลูมิเนียม อย่างไรก็ตาม ข้อกำหนดด้านแม่พิมพ์มีความแตกต่างกันเมื่อเทียบกับแผ่นเหล็กรีดเย็น

2.2 การจัดเก็บแผ่นอลูมิเนียมในระยะยาว

หลังจากการบ่มแข็ง ความแข็งแรงครากของแผ่นอลูมิเนียมจะเพิ่มขึ้น ทำให้ความสามารถในการขึ้นรูปขอบลดลง ในการผลิตแม่พิมพ์ ควรพิจารณาใช้วัสดุที่ตรงตามข้อกำหนดขั้นสูง และดำเนินการยืนยันความเป็นไปได้ก่อนการผลิต

น้ำมันยืด/น้ำมันป้องกันสนิมที่ใช้ในการผลิตมีแนวโน้มระเหยง่าย หลังจากเปิดบรรจุภัณฑ์แผ่นแล้ว ควรใช้ทันที หรือทำความสะอาดและทาน้ำมันก่อนประทับตรา

พื้นผิวอาจเกิดการออกซิเดชั่นได้ง่าย และไม่ควรเก็บในที่โล่ง จำเป็นต้องมีการจัดการพิเศษ (บรรจุภัณฑ์)

ข้อกำหนดทางเทคนิค 3 ประการสำหรับแผ่นปั๊มอลูมิเนียมในงานเชื่อม

กระบวนการเชื่อมหลักระหว่างการประกอบตัวโลหะผสมอลูมิเนียม ได้แก่ การเชื่อมด้วยความต้านทาน การเชื่อมทรานซิชันเย็น CMT การเชื่อมด้วยก๊าซเฉื่อยทังสเตน (TIG) การย้ำหมุด การเจาะ และการเจียร/ขัดเงา

3.1 การเชื่อมแผ่นอลูมิเนียมโดยไม่ใช้หมุดย้ำ

ส่วนประกอบแผ่นอลูมิเนียมที่ไม่มีการตอกหมุด ขึ้นรูปโดยการอัดรีดเย็นแผ่นโลหะสองชั้นหรือมากกว่าโดยใช้อุปกรณ์แรงดันและแม่พิมพ์พิเศษ กระบวนการนี้จะสร้างจุดเชื่อมต่อแบบฝังที่มีความแข็งแรงแรงดึงและแรงเฉือนในระดับหนึ่ง แผ่นเชื่อมต่ออาจมีความหนาเท่ากันหรือต่างกันก็ได้ และอาจมีชั้นกาวหรือชั้นกลางอื่นๆ โดยวัสดุที่ใช้อาจมีความหนาเท่ากันหรือต่างกันก็ได้ วิธีการนี้ทำให้ได้การเชื่อมต่อที่ดีโดยไม่ต้องใช้ตัวเชื่อมต่อเสริม

3.2 การเชื่อมด้วยความต้านทาน

ปัจจุบัน การเชื่อมด้วยความต้านทานโลหะผสมอะลูมิเนียมโดยทั่วไปจะใช้กระบวนการเชื่อมด้วยความต้านทานความถี่ปานกลางหรือความถี่สูง กระบวนการเชื่อมนี้จะหลอมโลหะพื้นฐานภายในช่วงเส้นผ่านศูนย์กลางของอิเล็กโทรดเชื่อมภายในระยะเวลาอันสั้นมาก เพื่อสร้างแอ่งเชื่อม

จุดเชื่อมจะเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วเพื่อสร้างรอยเชื่อม โดยมีโอกาสเกิดฝุ่นอะลูมิเนียม-แมกนีเซียมน้อยที่สุด ควันเชื่อมส่วนใหญ่ประกอบด้วยอนุภาคออกไซด์จากพื้นผิวโลหะและสิ่งเจือปนบนพื้นผิว มีการระบายอากาศเฉพาะจุดในระหว่างกระบวนการเชื่อมเพื่อกำจัดอนุภาคเหล่านี้ออกสู่บรรยากาศอย่างรวดเร็ว และทำให้เกิดการสะสมของฝุ่นอะลูมิเนียม-แมกนีเซียมน้อยที่สุด

3.3 การเชื่อมแบบ CMT Cold Transition และการเชื่อม TIG

กระบวนการเชื่อมทั้งสองนี้ เนื่องจากมีการป้องกันด้วยก๊าซเฉื่อย จึงทำให้เกิดอนุภาคโลหะอะลูมิเนียม-แมกนีเซียมขนาดเล็กลงที่อุณหภูมิสูง อนุภาคเหล่านี้อาจกระเด็นเข้าสู่สภาพแวดล้อมการทำงานภายใต้อิทธิพลของอาร์ก ก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อการระเบิดของฝุ่นอะลูมิเนียม-แมกนีเซียม ดังนั้น จึงจำเป็นต้องมีมาตรการป้องกันและแก้ไขการระเบิดของฝุ่น

ข้อกำหนดทางเทคนิค 4 ประการสำหรับแผ่นปั๊มอลูมิเนียมในการรีดขอบ

ความแตกต่างระหว่างการรีดขอบโลหะผสมอลูมิเนียมกับการรีดขอบแผ่นรีดเย็นทั่วไปนั้นสำคัญมาก อลูมิเนียมมีความเหนียวน้อยกว่าเหล็ก ดังนั้นจึงควรหลีกเลี่ยงการใช้แรงกดมากเกินไปในระหว่างการรีด และควรรีดด้วยความเร็วที่ค่อนข้างช้า โดยทั่วไปอยู่ที่ 200-250 มม./วินาที มุมการรีดแต่ละมุมไม่ควรเกิน 30° และควรหลีกเลี่ยงการรีดแบบรูปตัววี

ข้อกำหนดด้านอุณหภูมิสำหรับการรีดโลหะผสมอะลูมิเนียม: ควรรีดที่อุณหภูมิห้อง 20°C ชิ้นส่วนที่นำมาจากห้องเย็นโดยตรงไม่ควรรีดขอบทันที

5 รูปแบบและคุณลักษณะของการรีดขอบสำหรับแผ่นปั๊มอลูมิเนียม

5.1 รูปแบบการรีดขอบสำหรับแผ่นปั๊มอลูมิเนียม

การรีดแบบธรรมดาประกอบด้วยสามขั้นตอน ได้แก่ การรีดเบื้องต้น การรีดเบื้องต้น และการรีดขั้นสุดท้าย โดยทั่วไปจะใช้เมื่อไม่มีข้อกำหนดด้านความแข็งแรงที่เฉพาะเจาะจง และมุมหน้าแปลนแผ่นด้านนอกอยู่ในเกณฑ์ปกติ

การรีดแบบยุโรปประกอบด้วย 4 ขั้นตอน ได้แก่ การรีดเบื้องต้น การรีดเบื้องต้น การรีดขั้นสุดท้าย และการรีดแบบยุโรป โดยทั่วไปจะใช้สำหรับการรีดขอบยาว เช่น ฝาหน้าและฝาหลัง นอกจากนี้ การรีดแบบยุโรปยังสามารถใช้เพื่อลดหรือขจัดข้อบกพร่องบนพื้นผิวได้อีกด้วย

5.2 ลักษณะเฉพาะของการรีดขอบสำหรับแผ่นปั๊มอลูมิเนียม

สำหรับอุปกรณ์รีดส่วนประกอบอลูมิเนียม ควรขัดแม่พิมพ์ด้านล่างและบล็อกแทรกและบำรุงรักษาเป็นประจำด้วยกระดาษทรายเบอร์ 800-1200# เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีเศษอลูมิเนียมอยู่บนพื้นผิว

6 สาเหตุต่างๆ ของข้อบกพร่องที่เกิดจากการรีดขอบแผ่นปั๊มอลูมิเนียม

ตารางแสดงสาเหตุต่างๆ ของข้อบกพร่องที่เกิดจากการรีดขอบชิ้นส่วนอลูมิเนียม

ข้อกำหนดทางเทคนิค 7 ประการสำหรับการเคลือบแผ่นปั๊มอลูมิเนียม

7.1 หลักการและผลของการทำให้เป็นพาสซีฟด้วยการล้างน้ำสำหรับแผ่นปั๊มอลูมิเนียม

การทำพาสซีฟด้วยน้ำล้าง หมายถึงการกำจัดฟิล์มออกไซด์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติและคราบน้ำมันบนพื้นผิวของชิ้นส่วนอะลูมิเนียม และด้วยปฏิกิริยาเคมีระหว่างโลหะผสมอะลูมิเนียมกับสารละลายกรด ทำให้เกิดฟิล์มออกไซด์หนาแน่นบนพื้นผิวชิ้นงาน ฟิล์มออกไซด์ คราบน้ำมัน รอยเชื่อม และการยึดติดด้วยกาวบนพื้นผิวของชิ้นส่วนอะลูมิเนียมหลังจากการปั๊มขึ้นรูป ล้วนส่งผลกระทบต่อผิวของชิ้นส่วนอะลูมิเนียม เพื่อปรับปรุงการยึดติดของกาวและรอยเชื่อม จึงมีการใช้กระบวนการทางเคมีเพื่อรักษาการเชื่อมต่อของกาวและรอยเชื่อมให้คงทนยาวนานและคงความต้านทานบนพื้นผิว ทำให้การเชื่อมมีประสิทธิภาพมากขึ้น ดังนั้น ชิ้นส่วนที่ต้องเชื่อมด้วยเลเซอร์ การเชื่อมทรานซิชันโลหะเย็น (CMT) และกระบวนการเชื่อมอื่นๆ จำเป็นต้องทำพาสซีฟด้วยน้ำล้าง

7.2 การไหลของกระบวนการ Passivation ด้วยน้ำสำหรับแผ่นปั๊มอลูมิเนียม

อุปกรณ์พาสซีฟสำหรับการล้างด้วยน้ำประกอบด้วยพื้นที่ล้างไขมัน พื้นที่ล้างน้ำอุตสาหกรรม พื้นที่พาสซีฟ พื้นที่ล้างน้ำสะอาด พื้นที่อบแห้ง และระบบระบายอากาศ ชิ้นส่วนอะลูมิเนียมที่จะนำไปบำบัดจะถูกวางลงในตะกร้าล้าง ยึดติด และหย่อนลงในถัง ในถังที่มีตัวทำละลายต่างๆ ชิ้นส่วนจะถูกล้างซ้ำด้วยสารละลายทำงานทั้งหมดในถัง ถังทั้งหมดมีปั๊มหมุนเวียนและหัวฉีดเพื่อให้แน่ใจว่าชิ้นส่วนทุกชิ้นจะถูกล้างอย่างทั่วถึง กระบวนการพาสซีฟสำหรับการล้างด้วยน้ำมีดังนี้: การล้างไขมัน 1 → การล้างไขมัน 2 → การล้างน้ำ 2 → การล้างน้ำ 3 → การสร้างพาสซีฟ → การล้างน้ำ 4 → การล้างน้ำ 5 → การล้างน้ำ 6 → การอบแห้ง ชิ้นส่วนอะลูมิเนียมหล่อสามารถข้ามขั้นตอนการล้างน้ำ 2 ได้

7.3 กระบวนการอบแห้งสำหรับแผ่นปั๊มอลูมิเนียมแบบ Passivation โดยการล้างน้ำ

ชิ้นส่วนต้องใช้เวลาประมาณ 7 นาทีเพื่อเพิ่มอุณหภูมิจากอุณหภูมิห้องถึง 140°C และเวลาในการบ่มขั้นต่ำสำหรับกาวคือ 20 นาที

ชิ้นส่วนอะลูมิเนียมจะถูกยกขึ้นจากอุณหภูมิห้องจนถึงอุณหภูมิที่คงตัว (holding temperature) ในเวลาประมาณ 10 นาที ส่วนอะลูมิเนียมจะใช้เวลาราว 20 นาที หลังจากพักไว้แล้ว อะลูมิเนียมจะถูกทำให้เย็นลงจากอุณหภูมิที่คงตัว (self-holding temperature) เหลือ 100°C เป็นเวลาประมาณ 7 นาที หลังจากนั้นอะลูมิเนียมจะถูกทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้อง ดังนั้น กระบวนการอบแห้งชิ้นส่วนอะลูมิเนียมทั้งหมดจึงใช้เวลา 37 นาที

8 บทสรุป

รถยนต์สมัยใหม่กำลังก้าวไปสู่ทิศทางของน้ำหนักเบา ความเร็วสูง ปลอดภัย สะดวกสบาย ต้นทุนต่ำ ปล่อยมลพิษต่ำ และประหยัดพลังงาน การพัฒนาอุตสาหกรรมยานยนต์มีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับประสิทธิภาพการใช้พลังงาน การปกป้องสิ่งแวดล้อม และความปลอดภัย ด้วยความตระหนักรู้ในการปกป้องสิ่งแวดล้อมที่เพิ่มมากขึ้น วัสดุแผ่นอะลูมิเนียมจึงมีข้อได้เปรียบเหนือชั้นทั้งในด้านต้นทุน เทคโนโลยีการผลิต ประสิทธิภาพเชิงกล และการพัฒนาอย่างยั่งยืนเมื่อเทียบกับวัสดุน้ำหนักเบาอื่นๆ ดังนั้น โลหะผสมอะลูมิเนียมจึงจะกลายเป็นวัสดุน้ำหนักเบาที่ได้รับความนิยมในอุตสาหกรรมยานยนต์

แก้ไขโดย May Jiang จาก MAT Aluminum