TL;DR

Oikean terän valinta autoteollisuuden muovauskuvan pinnoite on kriittinen tekninen päätös, jossa tasapainotetaan kovuus, kitkattomuus ja prosessointilämpötila työkalun rikkoutumisen estämiseksi. Vaikka PVD (Physical Vapor Deposition) —erityisesti AlTiN ja TiAlN—on nykyisin standardi Korkean lujuuden teräs (AHSS) alhaisen prosessointilämpötilan (<500 °C) ja korkean sitkeyden vuoksi, vanhemmat tekniikat kuten TD (lämpödiffuusio) ovat edelleen kultainen standardi runsaassa teräksessä esiintyvään kiinnittymiseen nähden. Suurimmille kuormitustilanteille Duplex-pinnosteet (plasmajalostus seuraavalla PVD:llä) tarjoavat ylivoimaisen tuen estämään ns. kananmunavaikutelman. Käytä tätä opasta valitsemaan pinnoitespesifikaatiot työkappaleen materiaalin ja tuotantomäärän mukaan.

Ensisijaiset pinnoiteteknologiat: PVD vs. CVD vs. TD

Autoteollisuuden muovausalalla kolme pinta-käsittelytekniikkaa kilpailevat spesifikaatioista. Näiden väliset termodynaamiset ja mekaaniset erot on ymmärrettävä työkalun kestoajan ja dimensioellisuuden ennustamiseksi.

1. PVD (fysikaalinen höyrymuodostus)

PVD on tällä hetkellä monipuolisin teknologia tarkkuustyökaluihin autoteollisuudessa. Se perustuu metallihöyryn (titaani, kromi, alumiini) kondensoitumiseen työkalun pinnalle tyhjiössä suhteellisen matalissa lämpötiloissa (tyypillisesti 800°F–900°F / 425°C–480°C). Koska tämä käsittelylämpötila on useimpien työterästen (kuten D2 tai M2) tempeerointilämpötilan alapuolella, PVD säilyttää pohjamateriaalin kovuuden ja mittojen tarkkuuden.

Mukaan lukien Eifeler , edistyneet PVD-muunnokset kuten AlTiN (alumiini-tiitani-nitridi) tarjoavat kovuusarvoja yli 3 000 HV ja hapettumisvastusta aina 900°C asti, mikä tekee niistä ihanteellisia AHSS:n silppuroinnissa syntyvää korkeaa lämpötilaa vastaan.

2. CVD (kemiallinen höyrymuodostus)

CVD muodostaa pinnoitteen kemiallisen reaktion avulla pinnalla, ja vaatii tyypillisesti huomattavasti korkeampia lämpötiloja (~1 900°F / 1 040°C). Tämä korkea lämpötila edellyttää tyhjökäsittelyjaksoa - Sen jälkeen. pinnoite, joka palauttaa työkalun ydinkovuuden, mutta aiheuttaa merkittävän riskin muotovääristymiselle. Kuitenkin CVD tarjoaa erinomaisen adheesion ja voi pinnoittaa tasaisesti monimutkaiset geometriat, mukaan lukien sokeat reiät, jotka PVD:n suoraviivainen prosessi saattaa ohittaa.

3. TD (Lämpödiffuusio)

Sitä kutsutaan usein "Toyota Diffusion" -prosessiksi; TD (tai TRD) muodostaa vanadiinikarbidikerroksen suolakylpydiffuusioprosessilla. Kuten Valmistaja , TD-pinnoitteet saavuttavat erittäin suuren kovuuden (~3 000–4 000 HV) ja ovat kemiallisesti inerttejä, mikä tekee niistä käytännössä alttiita adhesiiviselle kulumiselle (kiinnittymiselle) ruostumattoman teräksen tai raskaiden korkealujuisten alaottamoiden (HSLA) muovauksessa. Kuten CVD:ssä, korkea prosessointilämpötila edellyttää lämpökäsittelyä pinnoituksen jälkeen.

Pintakalvojen sovittaminen työkappaleen materiaaleihin

Lujitustoiminnon onnistuminen perustuu usein pintakalvon ja levymetallin väliseen tribo-ologiseen yhteensopivuuteen. Näiden väärä yhdistäminen voi johtaa nopeaan katastrofaaliseen vaurioon.

Korkean lujuuden teräs (AHSS)

AHSS:n (vetolujuus >980 MPa) lujitus aiheuttaa valtavia paikallisia paineita ja lämpötiloja. Standardi TiN-pintakalvot usein epäonnistuvat tässä. Teollisuuden suosikki on PVD AlTiN tai TiAlN alumiinin lisääminen muodostaa kovan alumiinioksidi-kerroksen pinnalle käytön aikana, mikä parantaa lämpönsietoa. AHSS-ohjeet tiedot osoittavat, että kun kromipinnoite kestää noin 50 000 iskua, oikein valitut PVD- tai Duplex-pinnoitteet voivat pidentää työkalun käyttöikää yli 1,2 miljoonaan iskuun.

Alumiiniseokset (5xxx/6xxx-sarjat)

Alumiini tunnetaan "adhesiivisesta kulumisesta", jossa pehmeä alumiini tarttuu työkalun pintaan (ilmiötä kutsutaan kylmähitsaukseksi). AlTiN on huono vaihtoehto tässä tapauksessa, koska pinnoitteen alumiini hakee alumiinilevyn kanssa yhteyttä. Sen sijaan tulee määrittää DLC (diamond-like carbon) tai CrN (krominitridi) dLC tarjoaa erittäin alhaisen kitkakertoimen (0,1–0,15), jolloin alumiini liukuu vapaasti ilman kiinnittymistä.

Rautaustettu teräs

Sinkin nippaaminen on yleinen vauriomuoto sinkkipinnoitetun levyn silppuroinnissa. Standardi PVD-pinnoitteet voivat joskus pahentaa tilannetta, jos niiden pintakarheus on liian suuri. Ionitys tai erityisesti hiottuja CrN-pinnoitteita suositellaan vastustamaan kemiallista reaktiota sinkkikerroksen kanssa.

Näiden materiaaliparien hallinta edellyttää paitsi oikeaa pinnoitetta, myös valmistuskumppania, joka pystyy toteuttamaan koko tuotantoprosessin tarkasti. Shaoyi Metal Technology autonvalmistusohjelmissa, jotka edellyttävät tiukkaa noudattamista globaaleihin standardeihin, yritykset kuten hyödyntävät IATF 16949 -sidosmuotoja hallitakseen kaiken nopeasta prototypoinnista suurtilavuiseen leikkaukseen, varmistaen että näiden edistyneiden pinnoitteiden teoreettiset edut saavutetaan todellisessa tuotannossa.

„Kanankan tekijä“ ja alustan valinta

Yleinen väärinkäsitys on, että kovempi pinnoite korjaa pehmeän työkalun. Todellisuudessa superkovaa pinnoitetta (3000 HV) sovellettaessa tavalliseen pehmeään työkaluteräkseen (kuten käsittelemättömään D2:hen) syntyy „kanankanvaikutelma“. Autoteollisuuden muovauksessa esiintyvien suurten kosketuspaineiden alla pehmeä alusta muodonmuutoksia elastisesti, mikä aiheuttaa hauraan, kovan pinnoitteen halkeamisen ja romahtamisen – aivan kuten kananmuna halkeaa, kun sitä puristetaan sisältäpäin.

Ratkaisu: Duplex-pinnoitteet.
Tämän estämiseksi insinöörit määrittelevät "duplex"-käsittelyn. Tämä prosessi alkaa plasma-ionitytystä jolla kovetetaan työkaluteräksen pohjamateriaalin pintakerros noin 0,1–0,2 mm syvyyteen, luoden tukevan gradientin. PVD-pinnoite sovelletaan sen päälle. Tämä kovettunut alikerros tukee pinnettä ja mahdollistaa sen kestää äärimmäiset iskukuormat, jotka ovat tyypillisiä korkean nopeuden vaivannalle.

Lisäksi standardi D2-työkaluteräs sisältää suuria karbidirakenteita, jotka voivat toimia murtumiskohtina. Pinnetuille työkaluille MetalForming Magazine suositellaan siirtymistä Jauhetehosteiset teräkset (PM) (kuten CPM M4 tai Vanadis). PM-terästen hienompi ja yhtenäisempi karbidijakauma tarjoaa huomattavasti paremman ankkurointipinnan pinnoitteille sekä merkittävästi parantuneen sitkeyden.

Suorituskykyindikaattorit ja vian analysointi

Tunnistamaan miten työkalun epäonnistuminen on ensimmäinen askel oikean pinnekorjauksen valinnassa. MISUMI insinööritutkimukset korostavat kolmea erilaista vioittumismoodia:

• Kulutusvauriot: Työkalun pinta on fyysisesti naarmuttunut tai kulunut pois. Korjaus: Paranna pinnoitteen kovuutta (siirry TiN:stä AlTiN:iin tai TD:hen).
• Adheesiivinen kulumine (kiilto): Työkappaleen materiaali hitsautuu työkaluun. Korjaus: Paranna luistavuutta / vähennä kitkaa (siirry DLC:hen tai lisää WS2-kuivavoitelupinnoite).
• Kipinäminen/halkeaminen: Pinnoite tai työkalun reuna murtuu. Korjaus: Pinnoite saattaa olla liian paksu tai alusta liian hauras. Vaihda kestävämpään pinnoitteeseen (alhaisempi alumiinipitoisuus) tai duplex-käsittelyyn kestävämmällä PM-teräs-alustalla.

Työkalun kestoajan optimointi

Autoteollisuuden muotteihin ei ole olemassa yhtä ainoata "parasta" pinnoitetta. Optimaalinen valinta riippuu aina siitä, minkä tyyppistä vaurioitumista halutaan estää, sekä muokattavasta materiaalista. Yleisille AHSS-puristuksille PVD AlTiN -pinnoite PM-teräs-alustalla on alan perustaso. Raskaita kiilto-ongelmia ruostumattomalle teräkselle vastaan TD on edelleen vertaansa vailla. Soveltamalla järjestelmällisesti pinnoitteen ominaisuuksia—kovuus, kitkakerroin ja lämpövakaus—omia valmistusmuuttujia vastaaviksi voit muuttaa työkalujen kestoajan huoltokysymyksestä kilpailueduksi.

Usein kysytyt kysymykset

1. Mikä on paras pinnoite AHSS:n vaivutukseen?

Useimpiin kestäviin korkean lujuuden teräsohjelmistoihin (AHSS) AlTiN (alumiini-tiitani-nitridi) tai TiAlN PVD-pinnoitteet ovat suositeltavia. Ne tarjoavat korkean kovuuden (~3400 HV) ja erinomaisen lämpövakaan. Raskaimmissa sovelluksissa (1180 MPa+ teräkset), Duplex-pintakäsittely (nitridointi + PVD) PM-työkaluteräsalustalla suositellaan estämään alustan romahtamista.

2. Kuinka paksun tulisi PVD-pinnoitteen olla vaivutustyökaluissa?

Tavalliset PVD-pinnoitteet vaivutustyökaluihin levitetään yleensä paksuudella 3–5 mikrometriä (0,0001–0,0002 tuumaa). Paksujen pinnoitteiden riskinä on irtoaminen korkean sisäisen puristusjännityksen vuoksi, kun taas liian ohuet kuluvat ennenaikaisesti. Monikerrospinnoitteita voidaan joskus käyttää hieman paksumpina ilman tarttumiskyvyn heikkenemistä.

3. Voiko vaivutustyökalua pinnoittaa uudelleen ilman sen poistamista?

Yleensä ei. Vanha pinnoite on poistettava kemiallisesti ennen uuden kerroksen levittämistä, jotta varmistetaan asianmukainen adheesio ja mittojen tarkkuus. PVD-pinnoitteen levittäminen vanhan, kuluneen pinnoitteen päälle johtaa usein irtoamiseen ja heikkoon suorituskykyyn. Useimmat PVD-pinnoitteet voidaan kuitenkin poistaa kemiallisesti vahingoittamatta työkaluterästä, mikä mahdollistaa useita käyttökertoja.