Накратко

Твърдостта на материала за автомобилни матрици е критична спецификация, като обикновено се изисква инструменталната стомана да бъде закаляна в диапазона между 58 и 64 HRC . Този диапазон е съществен, за да издържа на екстремните работни натоварвания при формоване на съвременни материали като високопрочни стомани (AHSS). Постигането на правилната твърдост осигурява достатъчна устойчивост на износване, за да се предотврати ранно повреждане, като същевременно се запазва необходимата якост, за да се избегне чупене или пукане, което директно влияе на производствената ефективност и качеството на детайлите.

Разбиране защо твърдостта е от решаващо значение за автомобилни матрици

Твърдостта на материала официално се дефинира като способността на материала да устои на локализирана пластична деформация, като драскотини или вдлъбнатини. В контекста на производството на шанцформи за автомобили това свойство е от първостепенно значение. Шанцформите се подлагат на огромни, повтарящи се сили, докато оформят листов метал в сложни автомобилни компоненти. Ако материала на шанцформата е твърде мек, той ще се деформира, поцафка или износи бързо, което води до непостоянно качество на детайлите и скъпоструващи прекъсвания в производството. Необходимостта от прецизна твърдост стана още по-остра с широко разпространеното прилагане на Напреднали високо якостни стомани (AHSS) в производството на превозни средства, за да се подобри безопасността и да се намали теглото.

Основният проблем произлиза от превъзходните свойства на ВЛСС, които могат да упражняват работни натоварвания до четири пъти по-високи в сравнение с тези на обикновената мека стомана. Тези напреднали материали също показват значително упрочняване при пластична деформация, което означава, че стават по-силни и по-твърди по време на формоване. Това оказва изключително голямо напрежение върху повърхностите на матриците. Матрица без достатъчна твърдост бързо ще подлежи на абразивен и адхезионен износ, при който микроскопични частици се откъсват от повърхността на инструмента, водейки до драскотини (залепване) по детайлите и бързо влошаване на самата матрица. Следователно високата повърхностна твърдост е първата линия защита срещу тези видове повреди.

Въпреки това твърдостта не съществува във вакуум. Тя споделя ключова, обратна зависимост с удароустойчивостта — способността на материала да абсорбира енергия и да се съпротивлява на пукане. Когато твърдостта на един материал се увеличава, обикновено нараства и неговата крехкост. матрица, която е прекалено твърда, може да бъде високо устойчива на износване, но да се чупи или пука под ударните натоварвания при процеса на щамповане. Този компромис е централният предизвикателство при избора на материали за матрици. Целта е да се намери материал и процес на термична обработка, които осигуряват твърдост, достатъчно висока за устойчивост на износване, но запазващи достатъчна удароустойчивост, за да се предотврати катастрофално разрушаване. Това равновесие е от съществено значение за създаването на издръжлива, надеждна и икономически ефективна инструментална оснастка.

Чести материали за автомобилни матрици и техните спецификации за твърдост

Изборът на материали за шанц-пресформи в автомобилната промишленост е прецизна наука, която се основава на висококачествени инструментални стомани и определени марки сив чугун, предлагайки необходимата комбинация от твърдост, устойчивост на износване и якост. Тези материали са проектирани да оформят листови метали точно в продължение на милиони цикли. За компоненти с високо натоварване и режещи ръбове инструменталните стомани са основният избор, докато сивият чугун често се използва за по-големите структурни тела на формите поради неговата стабилност и икономическа ефективност.

Инструменталните стомани са специални сплави, съдържащи елементи като хром, молибден и ванадий, които позволяват термична обработка до много високи нива на твърдост. Например, серията D инструментални стомани е известна с превъзходната си устойчивост на износване благодарение на високото съдържание на въглерод и хром. Чугуните, особено ковкият чугун, осигуряват здрава и амортисираща основа за матричната конструкция, предлагайки добро съотношение между производителност и възможности за производство. Изборът на подходящ материал от този списък е сложен процес, изискващ дълбока експертна подготовка. Компании, специализирани в производството на персонализирани инструменти, като Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. , използват напреднали симулации, за да подберат идеалния материал и ниво на твърдост според конкретните производствени нужди – от бързо прототипиране до масово производство.

За да се осигури ясна справка, таблицата по-долу обобщава често използваните материали за автомобилни матрици, тяхната типична работна твърдост и основни приложения. Стойностите на твърдостта, измерени по скалата на Рокуел (HRC), се постигат чрез прецизно контролирани процеси на термична обработка.

Основни фактори, влияещи върху избора на твърдост

Няма универсална стойност на твърдостта, която да отговаря на всички приложения за автомобилни стъклоизделия. Оптималната твърдост се определя чрез внимателен анализ на няколко взаимосвързани фактора. Изборът на правилната спецификация за твърдост изисква цялостно разбиране на целия производствен процес, от суровината, която се образува, до специфичната функция на матрицата. Неправилният избор може да доведе до преждевременна неизправност на инструмента, лошо качество на частите и увеличаване на оперативните разходи.

Най-значимите фактори, които влияят върху изискваната твърдост, включват:

• Материал на обработваното парче: Прочността и дебелината на обработения лист са основните определящи фактори. Формирането на меки алуминиеви сплави за изливана част изисква различна твърдост на изливането от штампирането на високопрочно абразивно AHSS за структурен компонент на тялото. Като правило, по-твърдите и по-дебели материали от обработваното парче изискват по-висока твърдост на изкуството, за да устоят на износване.
• Тип приложение: Характерът на операцията определя необходимото равновесие между твърдост и ударна устойчивост. Например, ножовете за рязане или отрязване изискват много твърд ръб (**HRC 60–65**), за да запазят остротата и да предотвратят образуването на чипове, както е посочено в указанията за избор на твърдост на ножовете . Напротив, матриците за дълбоко изтегляне могат да имат приоритет ударната устойчивост, за да издържат на високи ударни сили без пукнатини, като вероятно използват леко по-ниска твърдост.
• Обем на производството: За производствени серии с голям обем износостойкостта е от първостепенно значение, за да се минимизира прекъсването на работата за поддръжка на матриците. Поради това се задава по-висока твърдост, често допълнена с повърхностни покрития като PVD (Physical Vapor Deposition), за максимално удължаване на живота на инструмента. За серии с малък обем или прототипи може да бъде приет материал с по-ниска износостойкост (и по-ниска цена).

В крайна сметка решението изисква анализ на компромисите. Максимизирането на износостойкостта често става за сметка на ударната устойчивост. Таблицата по-долу илюстрира този основен компромис:

Инженерите трябва да вземат предвид тези фактори, за да определят твърдост, която осигурява най-надеждна и икономически ефективна производителност за предвиденото приложение. Това често включва избор на здравословен основен материал, след което се прилагат повърхностни обработки или покрития, за да се подобри устойчивостта към износване в критични области, без да се прави целият инструмент крехък.

Често задавани въпроси

1. Каква е твърдостта на матричната стомана?

Твърдостта на матричната стомана варира значително в зависимост от състава и термичната обработка, но обикновено попада в определен диапазон за автомобилни приложения. За студоустойчиви инструментални стомани като D2, работната твърдост обикновено е между 55 и 62 HRC , докато за D3 е между 58 и 64 HRC . Тази висока твърдост осигурява необходимата устойчивост на износване за рязане и формоване на ламарина. Горещоустойчиви стомани като H13, използвани при преципитационно леене, имат по-ниска твърдост, обикновено около 44–48 HRC, за да се подобри ударната устойчивост и устойчивостта към термично уморяване.

2. Кой е най-добрият материал за матрица?

Няма един-единствен „най-добър“ материал за всички матрици; оптималният избор зависи от приложението. За висока устойчивост на износване при штампови матрици, високовъглеродни и високовъглеродни хромирани инструментални стомани като D2 са класически избор. За приложения, изискващи по-голяма устойчивост и съпротивление на чупене, удароустойчиви стомани като S7 или здрави порообразни (PM) стомани са по-добри. За големи матрични тела, ковък чугун често се предпочита поради икономичността и стабилността. Най-добрият материал осигурява баланс между изискванията за производителност — износоустойчивост, якост и цена — и конкретните изисквания на производствения процес.

3. Каква е твърдостта на материала D3?

D3 инструментална стомана, известна също като 1.2080, е високовъглеродна, високовъглеродна хромова инструментална стомана, която се отличава с изключителна устойчивост на износване. След подходяща термична обработка, стоманата D3 може да постигне твърдост в диапазона 58-64 HRC . Това я прави изключително подходяща за режещи и формовъчни матрици, където основните изисквания са дълготрайност и устойчивост на абразивно износване.

4. Какъв е диапазонът на твърдостта на стоманата H13?

H13 е универсална хром-молибденова горещо работна инструментална стомана. Твърдостта ѝ обикновено е по-ниска от тази на студеноработните стомани, за да осигури необходимата якост при високи температури. За матрици за преципитане, обичайният диапазон на твърдост е 44 до 48 HRC . В приложения, изискващи по-голяма устойчивост на удар, може да се закалява до по-ниска твърдост от 40 до 44 HRC. Този баланс го прави устойчив на термична умора и пукнатини в изискващи среди като формовка под тиск .