TL;DR

La galling en l'estampació és una forma destructiva d'ús adhesiu, sovint anomenada "soldadura a fred", en què l'eina i la peça es fusionen a nivell microscòpic degut a la fricció excessiva i la calor. La prevenció requereix un enfocament d'enginyeria multifactorial en comptes d'una solució ràpida única. Les tres línies principals de defensa són: optimitzar el disseny de la matriu augmentant la separació entre punçó i matriu en zones de gruix creixent (com ara cantonades d'estirat), seleccionar materials d'eina no similars (com ara bronze d'alumini) per trencar l'afinitat química, i aplicar recobriments avançats com ara TiCN o DLC només després que la superfície hagi estat perfectament polita. Ajustos operatius, com l'ús de lubricants d'alta pressió (EP) i la reducció de la velocitat de la premsa, actuen com a mesures finals.

La física de la galling: per què es produeix la soldadura a fred

Per evitar el gripatge de matrius, primer cal entendre que és fonamentalment diferent del desgast abrasiu. Mentre que el desgast abrasiu és com llixivar fusta amb paper de vidre gruixut, el gripatge és un fenomen de desgast adhesiu . Es produeix quan les capes d'òxid protectores de les superfícies metàl·liques es trenquen sota la immensa pressió de la premsa d'estampació. Quan això passa, el metall «virgen» químicament actiu de la peça entra en contacte directe amb l'acer per eines.

A nivell microscòpic, les superfícies mai són perfectament llises; estan formades per pics i valls coneguts com asperitats. Sota una gran tonelada, aquestes asperitats s'enganxen i generen calor intensa localitzada. Si els dos metalls tenen afinitat química—com l'acer inoxidable i l'acer per eines D2, que tots dos contenen grans quantitats de crom—poden enllaçar-se a nivell atòmic. Aquest procés és conegut com a migració superfície a superfície oR soldadura a fred . A mesura que l'eina continua movent-se, aquests enllaços soldats es cisallen, arrencant trossos de material de la superfície més tova i dipositant-los sobre l'eina més dura. Aquests dipòsits, o "galls", actuen llavors com reixes de pluga, provocant ratllades catastròfiques en peces posteriors.

Primera línia de defensa: disseny i geometria del motlle

L'error més comú en la indústria és pensar que els recobriments poden solucionar qualsevol problema d'abrasió. Tanmateix, experts del sector advertiran que si la causa arrel és mecànica, aplicar un recobriment només "enmascara el problema". El principal responsable mecànic sovint és la insuficiència de joc entre punxó i matriu , especialment en peces amb estirat profund.

En el embutiment profund, la xapa metàl·lica experimenta una compressió en el pla quan flueix cap a la cavitat de la matriu, fet que provoca un engreixament natural del material. Si el disseny de la matriu no té en compte aquest engreixament —especialment en les parets verticals dels cantells d'estirat—, el joc desapareix. La matriu acaba "prement" el material, generant pics massius de fricció que cap quantitat de lubricant pot superar. Segons MetalForming Magazine , una mesura preventiva clau consisteix a mecanitzar un joc addicional (sovint d'un 10–20% del gruix del material) en aquestes zones d'engreixament.

Per a produccions complexes, com braços de control o submarcos automotrius, predir aquestes zones d'engreixament requereix una enginyeria sofisticada. Aquí és on associar-se amb fabricants especialitzats es converteix en una avantatge estratègic. Empreses com Shaoyi Metal Technology aprofita anàlisis CAE avançats i protocols certificats segons la IATF 16949 per integrar aquests marges de tolerància en la fase de disseny del motlle, assegurant que l'estampació automotriu en alt volum roman lliure d'adherències des del primer impacte.

Un altre factor geomètric és la direcció del polit els fabricants d'utillatges i motlles haurien de polir les seccions del motlle paral·lel en la direcció del moviment de perforació o embutició. El polit transversal deixa solcs microscòpics que actuen com arxives abrasives contra la peça treballada, accelerant la degradació de la pel·lícula lubricant.

Ciència dels materials: l'estratègia dels "metalls diferents"

Quan s'estampa acer inoxidable o aliatges d'alta resistència, la selecció de l'acer per a utillatge és crítica. Un mode freqüent de fallada consisteix a utilitzar acer per a utillatge D2 per estampar acer inoxidable. Com que el D2 conté aproximadament un 12% de crom i l'acer inoxidable també depèn del crom per a la seva resistència a la corrosió, aquests dos materials tenen una alta "compatibilitat metal·lúrgica". Tendeixen a adherir-se l'un a l'altre.

La solució és utilitzar metalls diferents per trencar aquesta afinitat química. Per a aplicacions severes de gripatge, els materials de bronze d'enginyeria, específicament Bronze d'alumini , sovint són superiors als acers eines convencionals. Tot i que el bronze d'alumini és més tou que l'acer, té una excel·lent lubricitat i conductivitat tèrmica, i, cosa crucial, no es solda en fred a substrats ferrosos. L'ús de inserts o casquets de bronze d'alumini en zones d'alta fricció pot eliminar el desgast adhesiu en llocs on els materials més durs fallen.

Si es requereix acer d'eina per a tenacitat, considereu graus de Metallúrgia de Pols (PM) (com CPM 3V o M4). Aquests ofereixen una distribució de carburs més fina que el D2 convencional, proporcionant una superfície més suau que és menys propensa a iniciar el cicle de desgast adhesiu.

Tractaments superficials i recobriments avançats

Un cop optimitzats la mecànica i els materials, els recobriments superficials proporcionen la barrera final. Els recobriments de Depòsit per Vapor Físic (PVD) són habituals en estampació moderna, però la selecció de la química adequada és vital.

• TiCN (Carbonitret de Titan) Un recobriment excel·lent per a úsos generals que ofereix una duresa més elevada i menys fricció que el TiN estàndard. És àmpliament utilitzat en la conformació d'acers d'alta resistència.
• DLC (Carboni Tipus Diamant): Conegut per tenir un coeficient de fricció extremadament baix, el DLC és l'opció premium per a aplicacions amb aluminis i metalls no ferrosos difícils. Imita les propietats del grafit, permetent que la peça llisqui amb mínima resistència.
• Nitrides: Un procés de difusió i no un recobriment, la nitruració endureix la superfície de l'acer per eines. Sovint s'utilitza com a tractament base abans d'aplicar recobriments PVD per evitar l'"efecte closca d'ou", en què un recobriment dur es trenca perquè el substrat subjacent crea un punt tou.

Avís crític: Un recobriment només és tan bo com la preparació del substrat. La superfície de l'eina ha d'estar polita fins a assolir un acabat mirall abans recobriment. Qualsevol ratlladura o aspresa existent serà simplement reproduïda pel recobriment, creant pics durs i afilats que atacaran agressivament la peça.

Contramesures operatives: Lubricació i manteniment

A la planta de producció, els operaris poden reduir els riscos de gripatge mitjançant un control rigorós del procés. La primera variable és lubricació . Per a la prevenció del gripatge, sovint són insuficients els olis simples. El procés requereix lubricants amb additius d'alta pressió (EP) (com ara sofre o clor) o barreres solides (com el grafit o el dissulfur de molibdè). Aquests additius formen una "pel·lícula tribològica" que separa els metalls fins i tot quan la pressió extreu l'oli líquid.

La gestió de la calor és la segona palanca operativa. El gripatge està activat tèrmicament; altes temperatures ablandeixen la peça treballada i afavoreixen la unió. Si apareix gripatge, intenti reduir la velocitat de la premsa (impactes per minut). Això redueix la temperatura del procés i dóna més temps al lubricant per recuperar-se entre impactes. Rolleri també suggereix adoptar una seqüència de tall en "pont" per a operacions de perforació, que alterna els impactes per evitar l'acumulació localitzada de calor i material.

Finalment, el manteniment rutinari ha de ser proactiu. No espereu que aparegui una galleta. Implementeu un calendari per a aixelar i netejar els radis de la matriu, eliminant l'adherència microscòpica abans que creixi fins a convertir-se en una protuberància danyosa. Les eines afilades redueixen la tonelada necessària per formar la peça, reduint així la fricció i la calor que provoquen el mecanisme de galleta.

Integració de la fiabilitat tècnica al procés

Prevenir la galleta de les matrius no és qüestió d'atzar; és una disciplina de la física i de la enginyeria. Respectant les lleis de la fricció —proporcionant un joc adequat per al flux del material, triant materials químicament incompatibles i mantenint una pel·lícula protectora de lubricant— els fabricants poden eliminar pràcticament la soldadura freda. El cost de l'anàlisi inicial del disseny i dels materials premium és insignificant comparat amb el temps d'inactivitat d'una matriu bloquejada o la taxa de rebuig de peces ratllades. Tracteu la causa arrel, no el símptoma, i la fiabilitat de la producció seguirà.

Preguntes freqüents

1. Com es redueix la galleta en les matrius d'estampació?

Per reduir la gripatge, centra't en tres àrees: Mecànica, Materials i Lubricació. Primer, assegura't que la separació entre punçó i matriu sigui suficient (afegeix un 10-20% extra a les zones d'engruiximent). Segon, utilitza metalls diferents com el bronze d'alumini o acers PM recoberts per evitar la soldadura en fred. Tercer, empra lubricants d'alta viscositat amb additius d'alta pressió (EP) per mantenir una pel·lícula de barrera sota càrrega.

2. L'antiincrustant evita la incrustació?

Sí, els compostos anti-gripatge poden prevenir el gripatge introduint lubricants sòlids (com coure, grafit o molibdè) entre les superfícies. Aquests sòlids proporcionen una barrera física que manté els metalls aparellats separats, fins i tot quan l'alta pressió expulsa els olis líquids. Tanmateix, l'anti-gripatge és una solució operativa localitzada i no corregeix defectes de disseny subjacents com una separació massa ajustada.

3. Quina és la causa principal del gripatge?

La causa principal del gripatge és desgast adhesiu impulsat per fricció i calor. Quan la pressió elevada trenca la pel·lícula d'òxid protectora sobre les superfícies metàl·liques, els àtoms exposats poden enllaçar-se o soldar-se junts. Això és més comú quan l'eina i la peça tenen composicions químiques similars (per exemple, empremtar acer inoxidable amb acer d'eina sense recobriment), cosa que porta a una alta afinitat metal·lúrgica.