TL;DR

El gripatge en motlles d'estampació és una forma severa de desgast adhesiu on l'alta pressió i la fricció fan que les superfícies del motlle i de la peça es soldin juntes, provocant transferència de material, danys i fallada operativa. Resoldre eficaçment el gripatge requereix un enfocament sistemàtic, que comença amb el disseny fonamental del motlle i el seu manteniment. Les solucions principals inclouen assegurar un joc correcte entre punxó i motlle, polit les superfícies per reduir la fricció, seleccionar materials d'eina adequats i recobriments anti-gripatge avançats, així com aplicar una lubricació adequada mentre es controla la velocitat de la màquina.

Què és el gripatge i per què ocorre en els motlles d'estampació?

L'agombolament és una forma severa d'ús adhesiu que es produeix quan dues superfícies metàl·liques en contacte lliscant experimenten alta pressió i fricció. En operacions d'estampació, aquest fenomen pot escalar ràpidament des d'un problema menor fins a convertir-se en una causa important de temps d'inactivitat i fallada d'eines. A diferència de l'ús abrasiu gradual, l'agombolament és un procés ràpid en què els punts alts microscòpics, o asperitats, de les superfícies del motlle i de la peça treballada es fusionen entre si. Aquest procés sovint es descriu com una mena de "soldadura freda". Quan les superfícies continuen movent-se, aquest enllaç es trenca, arrencant i transferint material d'una superfície a l'altra, creant una protuberància característica elevada coneguda com a agombolament.

La causa arrel de l'agombolament és la combinació de fricció i adhesió a nivell microscòpic. Tal com s'explica en un article de Fractory , fins i tot les superfícies metàl·liques aparentment llises tenen imperfeccions. Sota la immensa pressió d'una premsa d'estampació, aquestes asperitats entren en contacte, generant calor i trencant les capes d'òxid protectores. Quan queda exposat el metall nu i reactiu, les superfícies poden formar forts enllaços metàl·lics. Aquesta adhesió fa que el material sigui arrencat de la superfície més feble i es dipositi sobre la més forta, iniciant un cicle de deteriorament creixent. L'engabiament recèn format genera encara més fricció, accelerant el procés de desgast a tota la superfície de l'eina.

Diversos factors poden provocar o agreujar l'engabiament en motlles d'estampació. Comprendre aquests factors desencadenants és el primer pas cap a una prevenció eficaç. Els materials amb alta ductilitat i tendència a formar capes d'òxid passives, com l'acer inoxidable i l'alumini, són especialment susceptibles. Quan aquesta capa es veu compromesa, el metall subjacent és molt reactiu i propens a l'enllaç. Els principals factors desencadenants inclouen:

• Lubricació deficient: Una lubricació insuficient o incorrecta no crea una barrera efectiva entre les superfícies lliscants, permetent el contacte directe metall amb metall.
• Alta pressió de contacte: Força excessiva, sovint deguda a un joc inadequat del motlle o a un disseny de la peça inadequat, augmenta la fricció i la probabilitat que les asperitats es soldin entre si.
• Materials similars o tous: Utilitzar metalls similars tant per al motlle com per a la peça treballada augmenta les possibilitats d'enllaç atòmic. Els materials més tous es deformen més fàcilment, afavorint l'adhesió.
• Residus i contaminació: Partícules petites de metall o altres contaminants atrapats entre les superfícies poden actuar com a abrasius, erosionant les capes protectores i iniciant el gripatge.
• Excés de calor: Les altes velocitats operatives poden generar una calor significativa, que ablandeix els materials i fa que s'adhereixin més fàcilment.

Solucions preventives: disseny del motlle, joc i manteniment

Abans de recórrer a recobriments cars o lubricants especialitzats, les solucions més eficaces i sostenibles contra la soldadura en fred es troben en un disseny fonamental del motlle i un manteniment meticulós. Tal com assenyalen experts en MetalForming Magazine , abordar les causes mecàniques arrel és fonamental. Si el disseny del motlle és defectuós, altres solucions sovint només "enmascaren el problema" sense arribar a solucionar-lo realment. Un enfocament proactiu centrat en la mecànica proporciona una base sòlida per a un procés d'estampació lliure de soldadures en fred.

El factor més important per evitar el gripatge és establir el joc correcte entre punçó i matriu. Tot i que els dissenyadors solen tenir en compte el gruix del material, de vegades obvien el fet que el full metàl·lic s'engreixa quan està sotmès a compressió en el pla, especialment en les cantonades de profunditat. Aquest engreixament pot eliminar el joc previst, fent que la matriu agafi el material i augmentant considerablement la fricció i la pressió. Per contrarestar això, cal mecanitzar un joc addicional a les parets verticals de les cantonades d'estampat per tal d'acomodar el flux del material. Per als fabricants centrats en resultats d'alta precisió, és fonamental utilitzar simulacions avançades de CAE i una àmplia experiència en gestió de projectes. Per exemple, especialistes en utillatges personalitzats com Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. incorporen aquests principis de disseny en les seves matrius d'estampació automotriu des del principi per garantir l'eficiència i la qualitat dels components per a OEM i proveïdors de nivell 1.

Més enllà del joc, l'acabat superficial dels components de la matriu té un paper fonamental. Politurar i aclarar les seccions de la matriu redueix els pics microscòpics que inicien el gripat. La millor pràctica és politurar les superfícies paral·leles a la direcció del moviment del punxonament, cosa que suavitza el camí del material de la peça treballada. La qualitat d’aquest polit hauria de ser tan elevada com si el component s’estigués preparant per a un recobriment superficial car. En molts casos, les millores de rendiment atribuïdes a un recobriment són, de fet, el resultat de la preparació superior de la superfície necessària per a la seva aplicació. Per tant, un règim rigorós de polit és una mesura preventiva econòmica.

És essencial una estratègia completa de manteniment per a la prevenció a llarg termini. Això implica una sèrie de passos repetibles que asseguren que la matriu romangui en condicions òptimes. Les principals accions de manteniment inclouen:

1. Verificar i ajustar el joc: Mesureu regularment el joc entre punçó i matriu, prestant especial atenció al desgast en àrees crítiques com els cantells d'estirat. Com a consell general, Rolleri suggereix que augmentar lleugerament el joc de la matriu (per exemple, en 0,1 mm) de vegades pot alleujar els problemes de enganxament.
2. Mantingueu l'acabat superficial: Implementeu un calendari regular per a l'afinat i polit de les superfícies de la matriu que mostrin signes de fricció o adhesió de material.
3. Assegureu la punxegudesa de les eines: Les vores embotornades dels punçons i de les matrius augmenten la força necessària per tallar i conformar, cosa que al seu torn genera més calor i pressió. Mantenir les eines esmolades és un pas fonamental per reduir l'enganxament.

Solucions avançades: Selecció de materials, endurement i recobriments superficials

Quan es disposa de bones pràctiques en el disseny i el manteniment dels motlles, la ciència dels materials ofereix la següent capa de protecció contra el gripat. Mitjançant la selecció, temptejat i recobriment cuidadosos dels materials de les eines, es poden crear superfícies inherentment resistents a les forces adhesives que provoquen el gripat. Aquestes solucions avançades són especialment eficaces en el punxonat de materials difícils, com l'acer inoxidable o l'alumini.

Una de les estratègies més eficaces és utilitzar metalls diferents per als components en contacte lliscant. Tal com es detalla per 3ERP , els materials amb estructures atòmiques i nivells de duresa diferents tenen menys probabilitats de formar soldadures microscòpiques que porten al gripat. Per exemple, utilitzar un casquet de bronze o llautó amb un punxó d'acer pot reduir significativament la fricció i l'adhesió. En seleccionar els acers per a eines, triar una qualitat amb major duresa i resistència al desgast proporciona una defensa més forta contra les fases inicials de l'adherència de material.

Els tractaments de reveniment del material milloren encara més la resistència d'una eina. Aquests processos modifiquen la superfície de l'acer per crear una capa exterior extremadament dura mantenint la tenacitat del nucli. Els tractaments habituals eficaços contra el gripatge inclouen la nitruració, la cementació i el reveniment integral mitjançant tractament tèrmic. La nitruració, per exemple, difon nitrogen a la superfície de l'acer, formant compostos de nitrur durs que augmenten notablement la duresa superficial i la lubricitat, dificultant que el material de la peça s'adhereixi.

Per a les aplicacions més exigents, els recobriments antiadherents proporcionen una barrera final i robusta. Aquests tractaments superficials especialitzats estan dissenyats per reduir la fricció i prevenir l'adhesió. És important triar un recobriment adequat per a l'aplicació específica, ja que cadascun té propietats i avantatges diferents.

Tot i que són molt eficaços, aquests sistemes basats en materials s'haurien de considerar després d'haver abordat minuciosament qüestions mecàniques com el joc i l'acabat superficial. Representen una inversió important i ofereixen el millor retorn quan s'apliquen a un disseny d'estampadora fonamentalment sòlid.

Solucions operatives: Lubricació i ajustos de màquina

Tot i que el disseny i els materials formen la base de la prevenció del gripat, els ajustos realitzats durant l'operació d'estampació proporcionen un mètode crític de control en temps real. Una lubricació eficaç i uns ajustos adequats de la màquina poden gestionar les condicions immediates —fricció, calor i pressió— que porten al gripat. Aquestes solucions operatives són la primera línia de defensa per a un operari de premsa a la planta de producció.

La lubricació és probablement el factor operatiu més crucial. Un lubrificant d'alta qualitat crea una pel·lícula protectora que evita el contacte directe metall amb metall, redueix la fricció i ajuda a dissipar la calor. L'important és utilitzar un lubrificant dissenyat específicament per al procés d'estampació i pels materials implicats. Els compostos anti-gripatge, que sovint contenen partícules solides com grafit o coure, són especialment eficaços per prevenir el gripatge sota alta pressió. Tanmateix, és fonamental tenir present que la lubricació pot ser una solució de curta durada si només està compensant un problema d'arrel, com ara una separació incorrecta de la matriu. Inundar una zona de lubrificant pot resoldre temporalment el problema, però pot provocar problemes de neteja i augmentar els costos sense arreglar el defecte mecànic subjacent.

La configuració de la màquina també té un impacte significatiu. Reduir la freqüència de cops de la premsa és una manera senzilla però efectiva de combatre el gripat. Velocitats més lentes generen menys calor, donant més temps al lubricant per funcionar i reduint la tendència del material a abrandar-se i adherir-se. Això és especialment important quan es treballa amb materials com l'acer inoxidable, que s'endureix ràpidament per deformació i genera una calor considerable durant el formatejat.

Finalment, mantenir un entorn de treball net és essencial. Una llista de verificació pràctica que els operadors de premses poden seguir quan es detecta gripat pot ajudar a diagnosticar i resoldre ràpidament el problema:

• Comprovar la lubricació: S'està aplicant el lubricant correcte en la quantitat i ubicació adequades?
• Reduir la velocitat de la màquina: Disminuir la freqüència de cops per reduir la temperatura de funcionament.
• Netejar les eines i la peça de treball: Assegurar-se que no hi ha residus, làmines o contaminants a les superfícies de les matrius ni al material d'entrada.
• Verificar l'estat de les eines: Comproveu si hi ha vores romes en les punzones i matrius, ja que augmenten la pressió de conformació i la fricció.
• Ajusteu la seqüència de l'eina: En alguns processos, com el tall longitudinal, canviar la seqüència d'operacions per una seqüència de "pont" pot evitar l'acumulació de material i la gripatge.

Un enfocament multifacètic per eliminar el gripatge

Combatre eficaçment el gripatge en matrius d'estampació no consisteix a trobar una solució màgica única, sinó a implementar una estratègia estratificada i sistemàtica. Les operacions d'estampació més exitoses reconeixen que les solucions duradores comencen amb una base sòlida en el disseny i manteniment de les matrius. Donar prioritat a la separació correcta entre punzó i matriu, especialment en cantonades de tracció complexes, i mantenir un acabit superficial meticulosament polit sempre proporcionarà el retorn d'inversió més elevat, atenent el problema en la seva raó mecànica. Només després que aquests fonaments estiguin perfectes s'hauria de passar a solucions més avançades basades en la ciència dels materials.

La selecció de materials diferents, l'aplicació de tractaments de durció com la nitruració o la inversió en recobriments avançats com el DLC pot oferir la integritat superficial robusta necessària per a aplicacions complexes. Aquestes són eines poderoses, però resulten més eficaces quan milloren un motlle ben dissenyat, no quan compensen un defectuós. Finalment, pràctiques operatives disciplinades —com l'aplicació correcta de lubricants d'alt rendiment i l'ajust de les velocitats de la màquina per gestionar la calor— proporcionen el control en temps real necessari per evitar el gripat. Mitjançant la integració d'aquestes estratègies, els fabricants poden passar de corregir reactivament les avaries a dissenyar proactivament un procés d'estampació estable i eficient.

Preguntes freqüents

1. Com es redueix el gripat?

La reducció de la incrustació requereix un enfocament multifacètic. Comenceu assegurant-vos que hi ha una separació adequada entre el punxó i la matriu i polit la superfície de la matriu per minimitzar la fricció. Seleccioneu materials d'eina més durs o diferents i considereu tractaments superficials avançats o recobriments com ara TiCN o DLC. Operativament, apliqueu un lubricant antiincrustant adequat, reduïu la freqüència de cops de la màquina per disminuir la calor i assegureu-vos que tant la matriu com la peça de treball estiguin netes i lliures de residus.

2. L'antiincrustant evita la incrustació?

Sí, els compostos antiincrustants són molt efectius per evitar la incrustació. Actuen com a lubricants d'alta resistència, creant una barrera duradora entre les superfícies metàl·liques lliscants. Aquesta pel·lícula suporta altes pressions i temperatures, evitant el contacte directe metall amb metall que condueix a la soldadura microscòpica i a la transferència de material característica de la incrustació.

3. Quina és la causa de la incrustació?

La causa principal de la grieta és una combinació de fricció, alta pressió de contacte i adhesió entre superfícies metàl·liques lliscants. A nivell microscòpic, els punts alts (asperitats) de les superfícies entren en contacte, trenquen les capes d'òxid protectores i es solden juntes. A mesura que les superfícies continuen movent-se, aquest enllaç es trenca, transferint material d'una superfície a l'altra i provocant danys creixents.

4. Com evitar el gripatge de roscles en fixadors inoxidables?

Tot i que aquest article es centra en motlles d'estampació, els principis per prevenir el gripatge de roscles són similars. Els mètodes més eficaços són aplicar un lubricant anti-gripatge a les roscles abans del muntatge i reduir la velocitat d'apret. L'ús d'eines elèctriques a alta velocitat genera calor significativa, que és un factor important en el gripatge de fixadors d'acer inoxidable. L'ús d'eines manuals o d'eines elèctriques amb velocitat controlada redueix considerablement el risc.