SHRNUTÍ

Lepení nástrojů při tváření je destruktivní forma adhezního opotřebení, často označovaná jako „studené svařování“, při níž dojde ke spojení nástroje a obrobku na mikroskopické úrovni v důsledku nadměrného tření a tepla. Prevence vyžaduje vícevrstvý inženýrský přístup namísto jediného rychlého řešení. Tři hlavní linie obrany jsou: optimalizace konstrukce nástrojů zvýšením mezery mezi puncem a formou v místech tloustnutí (např. ve vrcholech tažených dílů), výběr neslučitelných materiálů nástrojů (např. hliníková bronzová slitina), které eliminují chemickou afinitu, a nanášení pokročilých povlaků např. TiCN nebo DLC, a to až po dokonalém polování povrchu. Provozní úpravy, jako použití maziv s extrémním tlakem (EP) a snížení rychlosti lisu, slouží jako konečná protiopatření.

Fyzika lepení: Proč dochází ke studenému svařování

Aby se zabránilo vzniku zadrhávání nástroje, je třeba nejprve pochopit, že se zásadně liší od abrazivního opotřebení. Zatímco abrazivní opotřebení je podobné broušení dřeva hrubým papírem, zadrhávání je jev adhezní opotřebení nastává, když se ochranné oxidační vrstvy na povrchu kovů rozpadnou v důsledku obrovského tlaku lisu. Když k tomu dojde, chemicky aktivní „čerstvý“ kov polotovaru přijde do přímého kontaktu s nástrojovou ocelí.

Na mikroskopické úrovni nejsou povrchy nikdy dokonale hladké; skládají se z hrotů a prohlubní známých jako asperity. Při vysokém lisovacím tlaku se tyto asperity zaklesnou a vyvolají intenzivní lokální teplo. Pokud mají oba kovy chemickou afinitu – například u nerezové oceli a nástrojové oceli D2, které obě obsahují vysoké množství chromu – mohou se atomárně spojit. Tento proces je známý jako přesun povrch na povrch nebo studené svařování . Když se nástroj nadále pohybuje, tyto svarové spoje stříhají a odtrhávají kusy materiálu z měkčí plochy, které se ukládají na tvrdší nástroj. Tato uložená látka, nebo "nárusty", pak působí jako pluhy a způsobují katastrofální rýhování u následných dílů.

První linie obrany: Návrh a geometrie razníku

Nejběžnějším omylem v průmyslu je představa, že povlaky dokážou napravit jakýkoli problém s opotřebením. Odborníci však upozorňují, že pokud je kořenovou příčinou problému charakter mechanický, použití povlaku jen „zakrývá problém“. Hlavním mechanickým viníkem je často nedostatečný vůle mezi razníkem a desákem , zejména u hlubokotažných dílů.

Při hlubokém tvarování podstupuje plech tlak v rovině, když materiál přetéká do dutiny nástroje, což způsobuje přirozené ztluštění materiálu. Pokud konstrukce nástroje nepočítá s tímto ztluštěním – zejména ve svislých stěnách tažených rohů – vzniká mezera. Nástroj materiál efektivně "svírá", čímž vznikají obrovské špičky tření, které není možné překonat žádným množstvím maziva. Podle MetalForming Magazine , je klíčovým preventivním opatřením vyfrézování dodatečné mezery (často 10–20 % tloušťky materiálu) do těchto ztlušťujících se zón.

U složitých výrobních sérií, jako jsou řídicí ramena nebo rámky automobilů, vyžaduje předpovídání těchto ztlušťujících se zón sofistikované inženýrské řešení. Právě zde se partnerství se specializovanými výrobci stává strategickou výhodou. Společnosti jako Shaoyi Metal Technology využijte pokročilé CAE analýzy a protokolů certifikovaných podle IATF 16949 k navržení těchto vůlí do fáze návrhu tvářecího nástroje, čímž zajistíte, že sériové automobilové stříhání zůstane od prvního zdvihu bez přichycování.

Dalším geometrickým faktorem je směr broušení výrobci nástrojů a forem by měli brousit části forem paralelní ve směru razení nebo tažení. Broušení napříč vytváří mikroskopické drážky, které působí jako brusné soubory na povrchu materiálu a urychlují rozpad mazacího filmu.

Materiálové vědy: Strategie „odlišných kovů“

Při stříhání nerezové oceli nebo vysoce pevných slitin je volba nástrojové oceli rozhodující. Běžným způsobem poruchy je použití nástrojové oceli D2 pro stříhání nerezové oceli. Protože D2 obsahuje přibližně 12 % chromu a nerezová ocel rovněž využívá chrom k odolnosti proti korozi, mají oba materiály vysokou „metalurgickou kompatibilitu“. Mají tendenci lepit se k sobě.

Řešením je použít různorodé kovy aby se tato chemická afinita přerušila. U náročných aplikací s velkým opotřebením jsou inženýrské bronzové materiály, konkrétně Hliníková bronz , často lepší než běžné nástrojové oceli. I když je hliníkový bronz měkčí než ocel, má vynikající mazivost a tepelnou vodivost a co je nejdůležitější, nevzniká u něj studené svařování s feromagnetickými podložkami. Použití vložek nebo pouzder z hliníkového bronzu v oblastech s vysokým třením může eliminovat adhezní opotřebení tam, kde tvrdší materiály selhávají.

Pokud je pro dosažení houževnatosti vyžadována nástrojová ocel, zvažte třídy práškové metalurgie (PM), například CPM 3V nebo M4. Ty nabízejí jemnější distribuci karbidů než běžná ocel D2, což poskytuje hladší povrch méně náchylný k iniciaci cyklu adhezního opotřebení.

Pokročilé povrchové úpravy a povlaky

Jakmile jsou mechanika a materiály optimalizovány, povrchové povlaky představují konečnou bariéru. Depozice fyzikálních par (PVD) je standardem pro moderní stříhání, ale výběr správného složení je rozhodující.

• TiCN (uhlíkatý nitrid titanu): Vynikající univerzální povlak, který nabízí vyšší tvrdost a nižší tření ve srovnání se standardním povrchem TiN. Je široce používán při tvární vysokopevnostních ocelí.
• DLC (diamantově podobný uhlík): DLC je známý svým extrémně nízkým koeficientem tření a představuje prémiovou volbu pro hliník a obtížné neželezné aplikace. Napodobuje vlastnosti grafitu, což umožňuje obrobku klouzat s minimálním odporem.
• Nitridování: Jde o difuzní proces, nikoli o povlak; nitridace zpevňuje samotný povrch nástrojové oceli. Často se používá jako základní úprava před nanášením PVD povlaků, aby se předešlo tzv. efektu vejce, kdy tvrdý povlak praskne kvůli měkkému místu v podkladu.

Kritické upozornění: Povlak je pouze tak dobrý, jak dobrá je příprava podkladu. Povrch nástroje musí být leštěn na zrcadlový lesk před povlak. Jakékoli stávající rýhy nebo nerovnosti budou povrchem pouze přenásobeny, čímž vzniknou tvrdé, ostré výstupky, které agresivně poškozují obrobek.

Provozní protiopatření: Mazání a údržba

Na výrobní ploše mohou operátoři snížit riziko zadrhávání dodržováním přísné kontroly procesu. První proměnnou je mazání . Pro prevenci zadrhávání jsou často nedostačující jednoduché oleje. Proces vyžaduje maziva s přísadami pro extrémní tlak (EP) (například síra nebo chlor) nebo tuhé bariéry (jako grafit nebo disulfid molybdenový). Tyto přísady vytvářejí „tribologickou vrstvu“, která odděluje kovy, i když je kapalný olej vytažen tlakem.

Řízení tepla je druhým provozním nástrojem. Zadrhávání je tepelně aktivované; vyšší teploty změkčují obrobek a podporují spojování. Pokud se objeví zadrhávání, zkuste snížit rychlost lisu (úderů za minutu). To snižuje teplotu procesu a dává mazivu více času na obnovu mezi jednotlivými údery. Rolleri také doporučuje použít „mostní“ postup stříhání u děrovacích operací, který střídá údery, aby se zabránilo lokálnímu hromadění tepla a materiálu.

Nakonec musí být běžná údržba proaktivní. Nečekejte, až se objeví zatvrdlina. Zaveďte pravidelný plán leštění a čištění poloměrů nástrojů, abyste odstranili mikroskopické nánosy, než se vyvinou v poškozující hrudky. Ostře broušené nástroje snižují potřebný tlak pro tváření dílu, čímž redukují tření a teplo, které podporují vznik zatvrdlin.

Zajištění spolehlivosti procesu pomocí inženýrství

Předcházení zatvrdlinám na lisovacích nástrojích není otázkou štěstí; jedná se o aplikaci fyzikálních a inženýrských principů. Respektováním zákonů tření – poskytnutím dostatečného prostoru pro tok materiálu, výběrem chemicky nekompatibilních materiálů a udržováním bariérové vrstvy maziva – mohou výrobci téměř úplně eliminovat za studena probíhající svařování. Náklady na počáteční návrhovou analýzu a kvalitnější materiály jsou zanedbatelné ve srovnání s prostoji kvůli zablokovanému nástroji nebo s vyřazením dílů poškozených rýhami. Řešte příčinu, nikoli příznak, a spolehlivost výroby následuje.

Nejčastější dotazy

1. Jak snížit vznik zatvrdlin na lisovacích nástrojích?

Pro snížení zadrhávání se zaměřte na tři oblasti: mechaniku, materiály a mazání. Za prvé zajistěte dostatečnou vůli mezi dělovou hlavňovou a razníkem (přidejte navíc 10–20 % v zesilujících zónách). Za druhé použijte neslučitelné kovy, jako je hliníková bronz nebo povlakované práškové oceli, abyste zabránili studenému svařování. Za třetí použijte maziva s vysokou viskozitou s přísadami pro extrémní tlak (EP), která udrží bariérovou vrstvu i za zatížení.

2. Zabraňuje protizadírací prostředek zadrhávání?

Ano, protizadřevací přípravky mohou zabránit zadrhávání tím, že mezi povrchy přidají tuhá maziva (např. měď, grafit nebo molybden). Tyto látky vytvářejí fyzickou bariéru, která udržuje spojované kovy oddělené, i když vysoký tlak vytlačí kapalné oleje. Protizadřevací prostředek však představuje lokální provozní řešení a neodstraňuje základní konstrukční nedostatky, jako je například malá vůle.

3. Jaký je hlavní příčinou zadrhávání?

Hlavní příčinou zadrhávání je adhezní opotřebení poháněno třením a teplem. Když vysoký tlak poruší ochrannou oxidační vrstvu na kovových površích, mohou se vystavené atomy spojit nebo „svarovat“ dohromady. K tomu dochází nejčastěji, když nástroj a obrobek mají podobné chemické složení (např. při stříhání nerezové oceli nepovlakovanou nástrojovou ocelí), což vede ke vysoké metalurgické afinitě.