TL;DR

Galling ved stansning er en destruktiv form for adhæsiv slitage, ofte kaldet "kold svejsning", hvor værktøjet og emnet smelter sammen på mikroskopisk niveau på grund af overdreven friktion og varme. Forebyggelse kræver en flerlaget ingeniørtilgang i stedet for en enkelt hurtig løsning. De tre primære forsvarslinjer er: optimere stempeldesign ved at øge spalter mellem punkt og stempel i tykkelsesforøgede zoner (som trækkrogen), vælge forskellige værktøjsmaterialer (såsom aluminiumsbronze) for at bryde den kemiske affinitet, og anvende avancerede belægninger såsom TiCN eller DLC, men kun efter at overfladen er perfekt poleret. Driftsmæssige justeringer, såsom brug af ekstremt trykfaste (EP) smøremidler og nedsættelse af pressens hastighed, fungerer som sidste modforanstaltninger.

Fysikken bag galling: Hvorfor kold svejsning opstår

For at forhindre galling, skal man først forstå, at det er grundlæggende forskelligt fra slid. Mens slid kan sammenlignes med at slibe træ med groft papir, er galling et fænomen af adhæsivt slid det opstår, når de beskyttende oxidlag på metaloverfladerne bryder ned under den enorme presbelastning fra stempelværktøjet. Når dette sker, kommer det kemisk aktive "nye" metal fra emnet i direkte kontakt med værktøjsstålet.

På mikroskopisk niveau er overflader aldrig helt glatte; de består af toppe og daler, som kaldes asperiteter. Under høj tonnage griber disse asperiteter ind i hinanden og genererer intens lokal opvarmning. Hvis de to metaller har en kemisk affinitet – såsom rustfrit stål og D2-værktøjsstål, som begge indeholder store mængder chrom – kan de danne atomære bindinger. Denne proces kendes som overflade-til-overflade-migration eller koldsvetsning . Mens værktøjet fortsætter med at bevæge sig, skæres disse svejste bindinger over og river stykker materiale fra den blødere overflade, som derefter aflejres på det hårdere værktøj. Disse aflejringer, eller "gall", fungerer derefter som plovskarpe og forårsager katastrofale ridser på efterfølgende dele.

Første forsvarslinje: Værktøjsdesign og geometri

Den mest almindelige misforståelse i branchen er, at belægninger kan løse alle slidproblemer. Branchens eksperter advarer dog mod, at hvis årsagen er mekanisk, så "belægger man blot problemet". Den primære mekaniske skyldner er ofte utilstrækkelig stans-til-dåse-spalt , især ved dybtrukne dele.

Ved dybtrækning udsættes pladematerialet for tryk i plan, når det flyder ind i støbeformens hulrum, hvilket medfører, at materialet naturligt tykkes op. Hvis støbeformsdesignet ikke tager højde for denne optykning — især i de lodrette vægge ved trækhjørner — forsvinder spillet. Støbeformen 'klammer' effektivt materialet, hvilket skaber massive friktionsstigninger, som ingen mængde smøremiddel kan overkomme. Ifølge MetalForming Magazine , er en kritisk forebyggende foranstaltning at bearbejde ekstra spil (ofte 10–20 % af materialetykkelsen) ind i disse opthikkelsesområder.

For komplekse produktionsløb, såsom bilstyringsarme eller underrammer, kræver det sofistikeret ingeniørarbejde at forudsige disse opthikkelsesområder. Det er her, at samarbejde med specialiserede producenter bliver en strategisk fordel. Selskaber som Shaoyi Metal Technology udnyt avancerede CAE-analyser og IATF 16949-certificerede protokoller til at integrere disse spiller i støbeværktsdesignet, så det sikres, at massiv produktion af autodele ved stansning forbliver fri for ridser allerede fra første slag.

En anden geometrisk faktor er poleringsretningen værktøjs- og støbemalermestre bør polere formsektioner parallel i retning af stansning eller trækbevægelsen. Tværpolering efterlader mikroskopiske riller, som virker som slibende filer mod emnet og fremskynder nedbrydningen af smørefilmen.

Materialer: Strategien med "forskellige metaller"

Når der stanses rustfrit stål eller højstyrkelegeringer, er valget af værktøjsstål kritisk. En almindelig fejl er brug af D2-værktøjsstål til stansning af rustfrit stål. Da D2 indeholder ca. 12 % chrom, og rustfrit stål også anvender chrom til korrosionsbestandighed, har de to materialer en høj "metallurgisk kompatibilitet". De har tendens til at klæbe sammen.

Løsningen er at bruge forskellige metaller at bryde denne kemiske tiltrækning. Til alvorlige gallingsapplikationer er ingeniørbronze materialer ofte overlegne i forhold til konventionelle værktøjsstål. Aluminiumbronz selvom aluminiumsbronze er blødere end stål, har det fremragende smøreevne og varmeledningsevne, og ikke mindst frastøder det koldsviegning til jernholdige underlag. Ved at bruge indsatser eller bukser af aluminiumsbronze i områder med høj friktion, kan man eliminere adhæsiv slitage, hvor hårde materialer fejler.

Hvis værktøjsstål er nødvendigt for holdbarhed, bør man overveje pulvermetallurgiske (PM) kvaliteter (som CPM 3V eller M4). Disse tilbyder en finere carbiddistribution end konventionelt D2, hvilket giver en mere jævn overflade, der er mindre tilbøjelig til at påbegynde den adhæsive slitagecyklus.

Avancerede overfladebehandlinger og belægninger

Når mekanik og materialer er optimeret, udgør overfladebelægninger den sidste barriere. Belægninger ved fysisk dampaflejring (PVD) er standard ved moderne stansning, men valget af den rigtige kemiske sammensætning er afgørende.

• TiCN (Titaniumcarbonitrid): Et fremragende generelt formålbehandling, der tilbyder højere hårdhed og lavere friktion end standard TiN. Det anvendes bredt til omformning af højstyrke stål.
• DLC (Diamond-Like Carbon): Kendt for sin ekstremt lave friktionskoefficient er DLC premiumvalget til aluminium og vanskelige ikke-jernholdige applikationer. Det efterligner grafitens egenskaber, så emnet kan glide med minimal modstand.
• Nitridering: En diffusionsproces i stedet for en belægning, hvor nitrering hærder selve værktøjsstålens overflade. Den anvendes ofte som basisbehandling før påførsel af PVD-belægninger for at forhindre "æggeskals-effekten", hvor en hård belægning knækker, fordi underlaget danner et blødt punkt.

Kritisk advarsel: En belægning er kun lige så god som underlagets forberedelse. Værktøjsoverfladen skal poleres til et spejlfærdigt resultat før belægning. Alle eksisterende ridser eller ujævnheder vil blot blive gentaget af belægningen, hvilket skaber hårde, skarpe topper, der angriber emnet aggressivt.

Operationelle modforanstaltninger: Smøring & Vedligeholdelse

På værkstedet kan operatører mindske risikoen for galling ved at anvende en disciplineret processtyring. Den første variabel er smørfinansiering . Til forebyggelse af galling er simple olier ofte utilstrækkelige. Processen kræver smøremidler med ekstreme tryktilsætningsstoffer (EP-tilsætninger, såsom svovl eller chlor) eller faste barriereindholdsstoffer (såsom grafit eller molybdændisulfid). Disse tilsætningsstoffer danner en "tribologisk film", der adskiller metaloverfladerne, selv når væskeolien presses ud af tonvægten.

Varmeadministration er den anden operationelle faktor. Galling aktiveres termisk; højere temperaturer blødgør emnet og fremmer binding. Hvis galling optræder, bør man prøve at formindske pressehastigheden (slag pr. minut). Dette sænker procestemperaturen og giver smøremidlet mere tid til at genoprette sig mellem slagene. Rolleri foreslår også at anvende en "bro"-klippe-sekvens ved stansoperationer, hvor slagene skiftes for at forhindre lokal opvarmning og materialeophobning.

Endelig skal rutinemæssig vedligeholdelse være proaktiv. Vent ikke på, at en gallse bliver synlig. Indfør et skema for slibning og rengøring af støbninger, hvor mikroskopiske afsætninger fjernes, inden de udvikler sig til skadelige klumper. Skarpe værktøjer nedsætter den nødvendige formkraft for at forme emnet, hvilket dermed reducerer friktionen og varmen, som er drivkræfterne bag gallsedannelse.

Indbyg teknisk pålidelighed i processen

At forhindre gallse i støbeforme er ikke et spørgsmål om held; det er en disciplin baseret på fysik og ingeniørvidenskab. Ved at overholde friktionslovene – sikre tilstrækkelig clearance for materialeflow, vælge kemisk inkompatible materialer og opretholde en barrierefilm af smøremiddel – kan producenter næsten helt eliminere koldsvinding. Omkostningerne ved forudgående designanalyse og højtkvalitetsmaterialer er ubetydelige i forhold til produktionsstop pga. en fastlåst form eller scrapgraden af ridset metal. Behandl årsagen, ikke symptomet, og produktionens pålidelighed vil følge.

Ofte stillede spørgsmål

1. Hvordan reducerer man gallsedannelse i stansningsforme?

For at reducere galling, fokuser på tre områder: Mekanik, Materialer og Smøring. Først, sikr dig, at afstanden mellem stans og matrice er tilstrækkelig (tilføj 10-20 % ekstra i tykkelsesforøgede zoner). For det andet, brug forskellige metaller som aluminiumsbronze eller belagte PM-stål for at forhindre koldsvinding. For det tredje, brug smøremidler med høj viskositet og tilslutning med ekstreme tryk (EP) for at opretholde en barrierefilm under belastning.

2. Forhindrer anti-seize galling?

Ja, anti-seize-forbindelser kan forhindre galling ved at indføre faste smøremidler (som kobber, grafit eller molybdæn) mellem overfladerne. Disse faste stoffer danner en fysisk barriere, der holder de sammenpassende metaller adskilt, selv når højt tryk presser flydende olier ud. Anti-seize er dog en lokal løsning under drift og retter ikke op på underliggende konstruktionsfejl som for snævre spil.

3. Hvad er den primære årsag til galling?

Den primære årsag til galling er adhæsivt slid drevet af friktion og varme. Når højt tryk bryder den beskyttende oxidfilm på metaloverflader, kan de udsatte atomer binde sig sammen eller "svejses" sammen. Dette er mest almindeligt, når værktøjet og emnet har en lignende kemisk sammensætning (f.eks. stansning af rustfrit stål med upudset værktøjsstål), hvilket fører til høj metallurgisk affinitet.