鋁合金邊框氧化膜膜裂問題的分析及解決方案

邱世建

（中信渤海鋁業(yè)控股有限公司，河北 秦皇島 066000）

目前，隨著環(huán)保與綠色能源觀念的深入人心，光伏產(chǎn)業(yè)得到迅猛發(fā)展。光伏發(fā)電站一般建立在空曠、人員稀少地區(qū)，這對(duì)光伏邊框的使用壽命有嚴(yán)格要求。鋁合金邊框因其氧化膜的保護(hù)，可有效的延緩邊框的腐蝕，提高使用壽命。目前絕大多數(shù)的光伏廠家采用的均為鋁合金邊框，氧化膜起到保護(hù)的作用，然而在生產(chǎn)過程中極易引起氧化膜膜裂，影響外觀的同時(shí)，也縮減了光伏使用周期。本工作根據(jù)鋁合金邊框現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的實(shí)際情況，深入分析了膜裂的產(chǎn)生原因，探討了膜裂的改善措施，并對(duì)措施進(jìn)行了實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，防止膜裂產(chǎn)生的效果明顯，可推廣至鋁合金類邊框加工的其他領(lǐng)域[1]。

1 型材C面漏水孔區(qū)域膜裂缺陷分析與解決方案

如圖1a所示，在加工漏水孔的過程中發(fā)現(xiàn)，漏水孔側(cè)面沿加工方向會(huì)產(chǎn)生粗線型白霧狀的膜裂。這是由于沖壓時(shí)，隨時(shí)沖擊力較大，鋁合金邊框向內(nèi)凹陷，變形較大，超出了氧化膜的附著強(qiáng)度，導(dǎo)致邊框表面的氧化膜撕裂。

圖1 邊框C面漏水孔區(qū)域膜裂缺陷改善前后對(duì)比圖

為解決該位置膜裂缺陷，現(xiàn)經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)際驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，通過優(yōu)化漏水孔沖刀材質(zhì)、刀刃角度、熱處理工藝可以減輕膜裂缺陷，如圖1b所示。漏水孔沖刀材質(zhì)選擇中國(guó)牌號(hào)為Cr12MoV的冷作模具鋼，熱處理工藝選擇為真空熱處理，保證其表面硬度不得小于60HRC，刀刃角度優(yōu)化在50°較為合適。漏水孔沖刀如圖2所示。

圖2 漏水孔沖刀

2 型材D面過盈點(diǎn)附近膜裂缺陷分析與解決方案

如圖3所示，在D面過盈點(diǎn)附近存在縱向膜裂，該膜裂較深，若繼續(xù)擴(kuò)大膜裂，則可能會(huì)導(dǎo)致鋁合金邊框過盈點(diǎn)整體開裂。此處膜裂產(chǎn)生的原因主要在兩點(diǎn)：第一點(diǎn)，過盈點(diǎn)沖刀三個(gè)平面的平面度較差，存在有的沖壓過深，有的沖壓過淺的現(xiàn)象。過深時(shí)則會(huì)導(dǎo)致膜裂產(chǎn)生。第二點(diǎn)，過盈墊鐵材質(zhì)硬度不夠，耐磨性較差，過盈倒角較小，沖壓時(shí)應(yīng)力集中，形成剪切應(yīng)力，導(dǎo)致此缺陷的發(fā)生。

圖3 邊框D面過盈點(diǎn)附近膜裂缺陷改善前后對(duì)比圖

為解決過贏點(diǎn)位置處膜裂缺陷，現(xiàn)提出以下改善措施：①過盈點(diǎn)沖刀三點(diǎn)平面度最大差值小于0.1mm；②過盈墊鐵材質(zhì)選擇中國(guó)牌號(hào)為Cr12MoV的冷作模具鋼，熱處理工藝選擇為真空熱處理，保證其表面硬度不得小于50HRC；③過盈墊鐵沖壓面凹槽倒角由原來的R1更改為R2.5。改善后的效果如圖3所示。過盈點(diǎn)沖刀和過盈墊鐵如圖4所示。

圖4 過盈點(diǎn)沖刀和過盈墊鐵

3 型材B面角件連接處條狀或點(diǎn)狀膜裂缺陷分析與解決方案

如圖5所示，在B面角件連接處存在縱向膜裂，該膜裂有時(shí)為較長(zhǎng)，有時(shí)為單點(diǎn)，沿著角件插入方向延伸。此處膜裂產(chǎn)生的原因主要為：角件邊緣毛刺較大，在角件插入邊框腔體的過程中，毛刺逐漸堆積，致使角件厚度增大，過盈偏差隨之變大，從而導(dǎo)致角件連接處邊緣凸起，引起膜裂[2]。

圖5 型材B面角件連接處條狀或點(diǎn)狀膜裂缺陷改善前后對(duì)比圖

為解決角件連接處膜裂缺陷，現(xiàn)提出以下改善措施：①增大角件下倒角，減小上倒角，當(dāng)上毛刺堆積變形時(shí)，凸起的弧度增大，減小應(yīng)力集中；②角件在鋸切時(shí)，增加鋸切速度，反方向鋸切角件，使得毛刺方向向下，較少毛刺與邊框接觸的面積。改善后的效果如圖5所示。修改后的角件如圖6所示。

圖6 修改后的角件結(jié)構(gòu)

4 型材C面接地標(biāo)識(shí)和安裝孔附近的膜裂缺陷分析與解決方案

型材C面接地標(biāo)識(shí)和安裝孔附近也會(huì)產(chǎn)生不同程度的不規(guī)則膜裂缺陷。原因在于：生產(chǎn)過程中，刀具上升時(shí)帶動(dòng)型材上升與基座磕碰，從而產(chǎn)生的C面接地標(biāo)識(shí)附近產(chǎn)生的膜裂缺陷。解決方案如下：操作指導(dǎo)書中規(guī)定沖加工過程中，每沖加工200支，加注一次潤(rùn)滑油，定期進(jìn)行設(shè)備點(diǎn)檢。沖具與型材之間存在一層薄薄的油層，較小硬碰撞，從而減輕膜裂缺陷。

另外，氧化膜厚過高亦可造成沖加工后型材C面安裝孔附近產(chǎn)生膜裂缺陷。解決方案：重新梳理制定氧化膜厚內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。AA10內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)：（10～ 13）μm；AA12內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)：（12～ 16）μm；AA15內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)：（15～19）μm。氧化工序生產(chǎn)時(shí)嚴(yán)格控制氧化膜厚度。

5 結(jié)論

邊框型材膜裂缺陷極易出現(xiàn)在加工與連接的位置附近，主要由應(yīng)力集中所引起，解決方案總結(jié)如下：①型材C面漏水孔區(qū)域膜裂缺陷通過更改漏水孔沖刀切口角度解決。②型材D面過盈點(diǎn)附近膜裂缺陷可通過更改過盈墊鐵結(jié)構(gòu)和材質(zhì)解決。③型材B面角件連接處條狀或點(diǎn)狀膜裂缺陷可通過減小角件毛刺高度解決。④型材C面接地標(biāo)識(shí)和安裝孔附近的膜裂可通過沖刀潤(rùn)滑，控制氧化膜厚度解決。