Накратко

Залепването при штампови форми е тежък вид адхезивно износване, при който високото налягане и триене причиняват заваряване на повърхностите на формата и заготовката, което води до прехвърляне на материал, повреди и прекъсване на работния процес. Ефективното решение на проблема изисква системен подход, започвайки от основите на дизайна и поддръжката на формите. Основните решения включват осигуряване на правилна междина между пуансона и матрицата, полирване на повърхностите за намаляване на триенето, подбор на подходящи материали за инструменти и напреднали антизалепващи покрития, както и прилагане на подходящо смазване при контролиране скоростта на машината.

Какво е залепване и защо възниква при штампови форми?

Галване е форма на сериозно адхезивно износване, което възниква, когато две метални повърхности в плъзгащ се контакт изпитват високо налягане и триене. При процесите на штамповане този феномен може бързо да се задълбочи от дребен проблем до сериозна причина за простои и повреда на инструменти. За разлика от постепенното абразивно износване, галването е бърз процес, при който микроскопичните неравности или върхове на повърхностите на матрицата и заготовката се спояват заедно. Този процес често се описва като форма на "студено заваряване". Докато повърхностите продължават да се движат, тази връзка се разрушава, откъсвайки и прехвърляйки материал от едната повърхност към другата, създавайки характерна издадена изпъкналост, известна като гал.

Първоизточникът на галването е комбинацията от триене и адхезия на микроскопично ниво. Както се пояснява в статия от Fractory , дори и видимо гладките метални повърхности имат неравности. Под въздействието на огромното налягане в щанц-преса, тези неравности се допират, което генерира топлина и разрушава защитните оксидни слоеве. Когато се открие суровият, реактивен метал, повърхностите могат да образуват силни метални връзки. Тази адхезия причинява материалът да се откъсва от по-слабата повърхност и да се отлага върху по-силната, като по този начин се задейства цикъл от нарастващи повреди. Новообразуваната задраскване създава още по-голямо триене, ускорявайки процеса на износване по повърхността на инструмента.

Няколко фактора могат да предизвикат или влошат задраскването при щанцови матрици. Разбирането на тези предизвикатели е първата стъпка към ефективна превенция. Материали с висока дуктилност и склонност към образуване на пасивни оксидни слоеве, като неръждаемата стомана и алуминия, са особено предразположени. Когато този слой е нарушен, основният метал е високо реактивен и склонен към свързване. Основните предизвикатели включват:

• Лоша смазване: Недостатъчно или неправилно смазване не създава ефективна бариера между плъзгащите се повърхности, което позволява директен метал-с-метал контакт.
• Високо налягане в контактната зона: Твърде голяма сила, често поради неправилен процеп на матрицата или конструкция на детайла, увеличава триенето и вероятността асперитетите да се заварят един към друг.
• Подобни или меки материали: Използването на подобни метали както за матрицата, така и за обработваната заготовка увеличава шансовете за атомно свързване. По-меките материали се деформират по-лесно, което насърчава адхезията.
• Отломки и замърсявания: Малки метални частици или други замърсители, попаднали между повърхностите, могат да действат като абразиви, разрушавайки защитните слоеве и предизвиквайки захапване.
• Твърде висока температура: Високите работни скорости могат да генерират значително количество топлина, което размеква материалите и ги прави по-склонни към залепване.

Превантивни решения: Конструиране на матрици, процепи и поддръжка

Преди да се обърнете към скъпи покрития или специализирани смазки, най-ефективните и устойчиви решения за предотвратяване на залепването се намират в основното проектиране на матриците и прецизното им поддържане. Както сочат експертите в MetalForming Magazine , отстраняването на основните механични причини е от първостепенно значение. Ако конструкцията на матрицата е несъвършена, други решения често просто „покриват проблема“, без истински да го отстранят. Превантивен подход, насочен към механичните аспекти, осигурява здрава основа за процес на штамповка, свободен от залепване.

Най-важният фактор за предотвратяване на залепването е осигуряването на правилната междина между пуансона и матрицата. Въпреки че проектирането обикновено отчита дебелината на материала, понякога се пренебрегва факта, че ламарината се уплътнява при равнинно компресиране, особено в ъглите при дълбоко изтегляне. Това уплътняване може да отстрани предвидената междина, което води до стискане на материала от матрицата и значително увеличаване на триенето и налягането. За да се противодейства на това, допълнителна междина трябва да бъде обработена във вертикалните стени на ъглите при изтегляне, за да се осигури свободно течение на материала. За производители, насочени към високопрецизни резултати, от решаващо значение е използването на напреднали CAE симулации и богат опит в управлението на проекти. Например, специалисти по индивидуални инструменти като Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. вграждат тези принципи в дизайна на своите матрици за автомобилни шемета още от самото начало, за да гарантират ефективност и високо качество на компонентите за OEM и доставчици от първо ниво.

Освен зазорът, качеството на повърхността на матричните елементи има съществено значение. Полирането и обработката с хонинг камък намаляват микроскопичните върхове, които предизвикват задиране. Най-добре е полирането да се извършва успоредно на посоката на ножа, тъй като това изглажда пътя за материала на заготовката. Качеството на полирането трябва да бъде толкова високо, сякаш компонентът се подготвя за скъпа повърхностна обработка. В много случаи подобренията в производителността, приписвани на покритието, всъщност са резултат от превъзходната подготовка на повърхността, необходима за нанасянето му. Следователно стриктният режим на полиране е икономически изгодна превантивна мярка.

Комплексната стратегия за поддръжка е от съществено значение за дългосрочната профилактика. Това включва серия от повтарящи се стъпки, които гарантират, че матрицата остава в оптимално състояние. Основните действия по поддръжка включват:

1. Проверка и настройка на зазора: Редовно измервайте зазора между пуансона и матрицата, като обърнете специално внимание на износването в критични области, като ъглите при изтегляне. Като обща насока, Rolleri предлага лекото увеличаване на зазора на матрицата (например с 0,1 мм), което понякога може да намали проблемите със залепването.
2. Поддържайте повърхностната гладкост: Въведете редовен график за шлифоване и полиране на повърхности на матрици, които показват признаци на триене или натрупване на материал.
3. Осигурете острота на инструментите: Тъпите ръбове на пуансони и матрици увеличават силата, необходима за рязане и формоване, което от своя страна води до по-голямо топлинно и механично напрежение. Поддържането на остри инструменти е основна стъпка за намаляване на залепването.

Напреднали решения: Избор на материал, закаляване и повърхностни покрития

Когато са приложени подходящи методи за проектиране и поддръжка на шанцформи, материалознанието предлага следващия етап от защита срещу залепване. Чрез внимателен подбор, закаляване и нанасяне на покрития върху инструменталните материали, можете да създадете повърхности, които по своята природа са устойчиви на адхезивните сили, причиняващи залепване. Тези напреднали решения са особено ефективни при щанцоване на трудни материали като неръждаема стомана или алуминий.

Една от най-ефективните стратегии е използването на различни метали за компонентите, които имат плъзгащ контакт. Както е описано от 3ЕПР , материали с различна атомна структура и твърдост по-малко вероятно образуват микроскопични заваръчни съединения, които водят до залепване. Например използването на бронзова или месингова втулка със стоманен пуансон може значително да намали триенето и адхезията. При подбора на инструментални стомани, избирането на клас с по-висока твърдост и устойчивост на износване осигурява по-силна защита срещу първоначалните етапи на залепване на материала.

Термичните обработки за заздравяване на материала допълнително увеличават устойчивостта на инструмента. Тези процеси променят повърхността на стоманата, създавайки изключително твърд външен слой, като запазват ядрото еластично. Често използвани обработки, ефективни срещу задиране, включват нитриране, карбуритизация и пълно заздравяване чрез термична обработка. При нитрирането например азот дифундира в повърхността на стоманата, образувайки твърди нитридни съединения, които значително увеличават твърдостта на повърхността и смачкването, което затруднява залепването на материала от детайлите.

За най-тежките приложения антизадирните покрития осигуряват окончателна, здрава защита. Тези специализирани повърхностни обработки са проектирани да намалят триенето и да предотвратят адхезията. Важно е да се избере покритие, подходящо за конкретното приложение, тъй като всяко от тях притежава различни свойства и предимства.

Въпреки че са изключително ефективни, тези решения, базирани на материали, трябва да се разглеждат след като механични проблеми като зазори и качеството на повърхността са били напълно отстранени. Те представляват значителна инвестиция и осигуряват най-добра възвръщаемост, когато се прилагат към принципно коректен дизайн на матрицата.

Оперативни решения: Смазване и настройки на машини

Докато дизайна и материалите са основата за предотвратяване на залепването, корекциите, извършени по време на процеса на струговане, осигуряват критичен метод за контрол в реално време. Ефективното смазване и правилните настройки на машината могат да регулират незабавните условия — триене, топлина и налягане, — които водят до залепване. Тези оперативни решения са първата линия от защита за оператора на пресата на производствената площадка.

Смазването е вероятно най-важният оперативен фактор. Висококачественият смазочен материал създава защитна пленка, която предотвратява директен метал върху метал контакт, намалява триенето и помага за отвеждане на топлината. Ключов момент е използването на смазка, специално разработена за процеса на щамповане и за участващите материали. Антиприхващащите съединения, които често съдържат твърди частици като графит или месинг, са особено ефективни за предотвратяване на задиране при високо налягане. Важно е обаче да се има предвид, че смазването може да бъде краткосрочно решение, ако просто компенсира основен проблем, например неправилен проход на матрицата. Наводняването на зоната със смазка може временно да реши проблема, но води до затруднения в поддържането на чистота и увеличени разходи, без да се отстрани механичният дефект в основата.

Настройките на машината също имат значително влияние. Намаляването на честотата на удара на пресата е прост, но ефективен начин за борба с образуването на задирки. По-бавните скорости генерират по-малко топлина, което дава на смазките повече време да действат и намалява склонността на материала да омекне и залепне. Това е особено важно при работа с материали като неръждаема стомана, която бързо се усилва при обработка и генерира значително количество топлина по време на формоване.

Накрая, поддържането на чиста работна среда е от съществено значение. Практически списък с контролни точки за операторите на преси, който да следват при установяване на задирки, може да помогне за бърза диагностика и отстраняване на проблема:

• Проверка на смазването: Прилага ли се правилната смазка в правилното количество и на правилното място?
• Намалете скоростта на машината: Забавете честотата на ударите, за да се понижи работната температура.
• Почистете инструментите и заготовката: Уверете се, че върху повърхностите на матриците или върху подавания материал няма отломки, стружки или замърсявания.
• Проверете състоянието на инструмента: Проверете за тъпи ръбове на пуансоните и матриците, тъй като те увеличават налягането при формоване и триенето.
• Настройване на последователността на инструментите: При някои процеси, като например рязане, промяната на последователността на операциите към „мостова“ последователност може да предотврати натрупване на материал и залепване.

Многофасетен подход за елиминиране на залепването

Ефективното боравене със залепването при шанц-матрици не се крие в намирането на един-единствен универсален метод, а в прилагането на многослойна, систематична стратегия. Най-успешните операции за шанцоване признават, че трайните решения започват със здрава основа в проектирането и поддръжката на матриците. Приоритизирането на правилното разстояние между пуансон и матрица, особено в трудни ъгли при изтегляне, и поддържането на прецизно полирана повърхност винаги осигуряват най-голяма възвръщаемост на инвестициите, като се справят с проблема в неговия механичен корен. Едва след като тези основни принципи бъдат перфектно изпълнени, трябва да се насочи внимание към по-напреднали решения от областта на материалознанието.

Използването на различни материали, прилагането на твърдени обработки като нитриране или инвестирането в напреднали покрития като DLC могат да осигурят необходимата здрава повърхностна цялост за трудни приложения. Това са мощни инструменти, но те са най-ефективни, когато подобряват добре проектиран матричен инструмент, а не компенсират дефектен такъв. Накрая, дисциплинирани операционни практики – включително правилното прилагане на смазочни вещества с висока производителност и настройването на скоростите на машината за управление на топлината – осигуряват необходимия реалновремев контрол за предотвратяване на залепване. Като интегрират тези стратегии, производителите могат да преминат от реактивно отстраняване на повреди към проактивно проектиране на стабилен и ефективен процес на штамповане.

Често задавани въпроси

1. Как да намалите залепването?

За намаляване на залепването е необходим многопосочен подход. Започнете с осигуряване на правилното разстояние между пуансона и матрицата и полиране на повърхностите на матрицата, за да се намали триенето. Изберете по-твърди или различни по състава си материали за инструментите и вземете предвид използването на напреднали повърхностни обработки или покрития като TiCN или DLC. Оперативно приложете подходящ смазочен препарат против залепване, намалете честотата на удара на машината, за да се понижи температурата, и се уверете, че както матрицата, така и обработваният предмет са чисти и без отломки.

2. Помага ли препарата против залепване за предотвратяване на залепването?

Да, съединенията против залепване са много ефективни за предотвратяване на залепването. Те действат като тежкотоварен смазочен материал, създавайки издръжлива бариера между плъзгащите се метални повърхности. Този филм издържа на високо налягане и температура и предотвратява директния контакт между метал и метал, който води до микроскопско заваряване и прехвърляне на материал, характерно за залепването.

3. Каква е причината за залепването?

Основната причина за залепването е комбинация от триене, високо контактно налягане и адхезия между плъзгащи се метални повърхности. На микроскопично ниво върховете (неравностите) на повърхностите влизат в контакт, пробиват защитните оксидни слоеве и се заварват заедно. Докато повърхностите продължават да се движат, тази връзка се разкъсва, като прехвърля материал от едната повърхност върху другата и причинява нарастващи повреди.

4. Как да спрем залепването по резбите на неръждаеми фиксиращи елементи?

Въпреки че тази статия се фокусира върху щанциращи матрици, принципите за предотвратяване на залепване по резбите са подобни. Най-ефективните методи са нанасянето на антизалипващ смазочен материал върху резбите преди монтиране и забавяне на скоростта на затегчване. Използването на електрически инструменти с висока скорост генерира значително топлина, което е основен фактор за залепване при неръждаеми стоманени фиксиращи елементи. Използването на ръчни инструменти или електрически инструменти с контролирана скорост значително намалява риска.