संक्षिप्त में

AHSS स्टैम्पिंग के लिए सही डाई सामग्री का चयन पारंपरिक टूलिंग रणनीतियों से मूलभूत बदलाव की आवश्यकता है। 590 MPa से अधिक की उन्नत उच्च-शक्ति इस्पात (AHSS) के लिए, कार्बाइड स्ट्रिंगर जैसी अपर्याप्त कठोरता और सूक्ष्म संरचनात्मक असंगतियों के कारण मानक D2 टूल स्टील अक्सर विफल हो जाता है। उद्योग का सर्वसम्मत मत है कि पाउडर धातुकर्म (PM) उपकरण इस्पात (जैसे वैनैडिस 4E या CPM 3V), जो उच्च प्रभाव झटकों के बिना चिपिंग के सामना करने में सक्षम एक समरूप दाने की संरचना प्रदान करते हैं

हालांकि, सब्सट्रेट सामग्री केवल आधी लड़ाई है। AHSS के लिए विशिष्ट कठोर घर्षण और गैलिंग से लड़ने के लिए, आपको सही PM सब्सट्रेट के साथ एक उन्नत सतह कोटिंग—आमतौर पर पीवीडी (भौतिक वाष्प अवशेष) सटीक रखरखाव के लिए TD (थर्मल डिफ्यूजन) अधिकतम सतह कठोरता के लिए। एक सफल चयन रणनीति धातु की चादर की तन्य शक्ति को सीधे मृत्यु आकृति की कठोरता और प्रलेप की घर्षण प्रतिरोध के साथ संबंधित करती है।

एडीएसएस चुनौती: पारंपरिक उपकरण इस्पात क्यों विफल होते हैं

उन्नत उच्च-सामर्थ्य इस्पात (AHSS) के स्टैम्पिंग से बलों का परिचय होता है जो सामान्य इस्पात निर्माण की तुलना में घातांकित रूप से अधिक होते हैं। जबकि सामान्य इस्पात की अपेक्षाकृत निम्न संपर्क दाब की आवश्यकता हो सकती है, एडीएसएस ग्रेड—विशेष रूप से ड्यूल फेज (DP) और मार्टेनसिटिक (MS) इस्पात—मृत्यु की सतह पर भारी संपीड़न तनाव डालते हैं। इससे निर्माण के दौरान चादर सामग्री का त्वरित कार्य-कठोरीकरण होता है, जिससे एक ऐसी स्थिति उत्पन्न होती है जहां स्टैम्पित भाग लगभग उपकरण के बराबर कठोर हो जाता है।

AISI D2 जैसी पारंपरिक कोल्ड वर्क टूल स्टील के लिए प्राथमिक विफलता बिंदु उनकी सूक्ष्म संरचना है। पारंपरिक इन्गोट-कास्ट स्टील में, कार्बाइड्स "स्ट्रिंगर्स" के रूप में जाने जाने वाले बड़े, अनियमित नेटवर्क बनाते हैं। जब 980 MPa या 1180 MPa स्टील को तोड़ने के उच्च प्रभाव आघात के अधीन होते हैं, तो ये स्ट्रिंगर्स तनाव बढ़ाने वाले के रूप में कार्य करते हैं, जिससे आघातजन्य छीलना या दरार होता है। मामूली स्टील स्टैम्पिंग के विपरीत, जहां घर्षण धीमा होता है, वहीं AHSS विफलता अक्सर अचानक और संरचनात्मक होती है।

इसके अलावा, उच्च संपर्क दबाव महत्वपूर्ण ऊष्मा उत्पन्न करता है, जो मानक स्नेहकों को नष्ट कर देता है और गैलिंग (संलग्नक घर्षण) की ओर ले जाता है। यह वह स्थिति है जहां शीट धातु स्वयं औजार की सतह पर वेल्ड हो जाती है, जिससे डाई के सूक्ष्म टुकड़े निकल आते हैं। AHSS अंतर्दृष्टि यह उल्लेख करता है कि 980 MPa से अधिक तन्य शक्ति वाले ग्रेड के लिए, विफलता का तरीका साधारण अपघर्षक घर्षण से जटिल थकान विफलता में बदल जाता है, जिससे उच्च मात्रा वाले रन के लिए मानक D2 अप्रचलित हो जाता है।

मुख्य सामग्री श्रेणियाँ: D2 बनाम PM बनाम कार्बाइड

डाई सामग्री का चयन लागत, कठोरता (चिपिंग के प्रति प्रतिरोध) और घर्षण प्रतिरोध के बीच समझौता है। AHSS अनुप्रयोगों के लिए, पदानुक्रम स्पष्ट रूप से अलग है।

पारंपरिक उपकरण इस्पात (D2, A2)

D2 मामूली इस्पात के स्टैम्पिंग के लिए आधारभूत मानक बना हुआ है क्योंकि इसकी कम लागत और सभ्य घर्षण प्रतिरोध क्षमता है। हालाँकि, इसकी मोटी कार्बाइड संरचना इसकी कठोरता को सीमित करती है। AHSS अनुप्रयोगों के लिए, D2 का उपयोग आमतौर पर प्रोटोटाइपिंग या कम-ग्रेड AHSS (590 MPa से नीचे) के कम आयतन वाले उत्पादन तक ही सीमित रहता है। यदि उच्च ग्रेड के लिए उपयोग किया जाता है, तो इसे बार-बार रखरखाव की आवश्यकता होती है और अक्सर शीघ्र थकान विफलता का सामना करना पड़ता है।

पाउडर धातुकर्म (PM) स्टील्स

यह आधुनिक AHSS उत्पादन के लिए मानक है। PM इस्पात को गर्म धातु को एक बारीक पाउडर में परम्परित कर, फिर उच्च ताप और दबाव (हॉट आइसोस्टेटिक प्रेसिंग) के तहत बंधन द्वारा उत्पादित किया जाता है। इस प्रक्रिया से समान सूक्ष्म संरचना के साथ बारीक, समान रूप से वितरित कार्बाइड्स बनते हैं। ऐसे ग्रेड जैसे Vanadis 4E , CPM 3V , या K340 चिपिंग को रोकने के लिए आवश्यक उच्च प्रभाव कठोरता प्रदान करें जबकि उत्कृष्ट संपीड़न शक्ति बनाए रखें। निर्माता यह प्रदर्शित किया गया कि जब D2 डाई 5,000 चक्रों के बाद एक नियंत्रण भुजा भाग पर विफल हो सकती है, PM इस्पात डाई 40,000 चक्रों से अधिक समय तक अच्छा प्रदर्शन करती रहती है।

सीमेंटेड कार्बाइड

अत्यधिक चुनौतीपूर्ण अनुप्रयोगों, या पंच और डाई बटन जैसे विशिष्ट इन्सर्ट्स के लिए, सीमेंटेड कार्बाइड उत्कृष्ट पहनने के प्रति प्रतिरोध प्रदान करता है। हालाँकि, यह अत्यधिक भंगुर होता है। जबकि यह किसी भी इस्पात की तुलना में अपरदन पहनावे के प्रति बेहतर प्रतिरोध करता है, यह AHSS स्नैप-थ्रू के आघात भार के तहत टूटने के प्रति संवेदनशील होता है। इसे उच्च पहनावे वाले क्षेत्रों के लिए आरक्षित रखना बेहतर होता है जहाँ आघात को प्रबंधित किया जाता है या कम तन्यता लेकिन अपरदन वाली सामग्री के लिए उपयोग करना उचित रहता है।

कोटिंग्स की महत्वपूर्ण भूमिका: PVD, CVD, और TD

क्योंकि AHSS अत्यधिक अपरदनकारी होता है, यहां तक कि सर्वोत्तम PM इस्पात भी अंततः पहना जाता है। गैलिंग को रोकने के लिए एक कठोर, कम घर्षण बाधा प्रदान करने के लिए कोटिंग्स आवश्यक हैं।

भौतिक वाष्प अवक्षेपण (PVD) सटीक डाई के लिए अक्सर पसंद किया जाता है क्योंकि इसे कम तापमान पर लगाया जाता है, जिससे आधारभूत सामग्री के ऊष्मा उपचार और आयामी सटीकता की सुरक्षा होती है। यह कटिंग धार के लिए आदर्श है जहां तीखी ज्यामिति बनाए रखना महत्वपूर्ण होता है।

तापीय विसरण (टीडी) एक वैनेडियम कार्बाइड परत बनाता है जो अत्यंत कठोर (3000+ एचवी) होती है, जो भारी फॉर्मिंग संचालन में गैलिंग के प्रति प्रतिरोध के लिए स्वर्ण मानक बनाती है। हालांकि, चूंकि यह प्रक्रिया ऑस्टेनिटाइजिंग तापमान पर होती है, उपकरण इस्पात कार्बन स्रोत के रूप में कार्य करता है और इसे पुनः कठोर करने की आवश्यकता होती है। इससे आयामी विस्थापन हो सकता है, जिससे कसे हुए सहनशीलता वाले घटकों के लिए टीडी जोखिम भरा हो सकता है, जब तक कि सावधानीपूर्वक प्रबंधन न किया जाए।

चयन ढांचा: सामग्री को AHSS ग्रेड से मिलाना

किस सामग्री का उपयोग करना है, यह निर्णय शीट धातु की विशिष्ट तन्य शक्ति पर आधारित होना चाहिए। जैसे-जैसे सामग्री का ग्रेड बढ़ता है, उपकरणों पर आवश्यकता साधारण पहनने के प्रतिरोध से लेकर प्रभाव कठोरता तक बदल जाती है।

• 590 MPa - 780 MPa: कम आयतन के लिए पारंपरिक D2 का उपयोग किया जा सकता है, लेकिन लंबे समय तक चलने वाले उपयोग के लिए संशोधित ठंडे कार्य इस्पात (जैसे 8% Cr) या एक बुनियादी PM ग्रेड सुरक्षित है। घर्षण को कम करने के लिए PVD कोटिंग (जैसे TiAlN या CrN) की अनुशंसा की जाती है।
• 980 MPa - 1180 MPa: यह मोड़ने का बिंदु है। D2 ज्यादातर असुरक्षित है। आपको कठोर PM इस्पात (उदाहरण के लिए Vanadis 4 Extra या समकक्ष) का उपयोग करना चाहिए। खरोंच के प्रति संवेदनशील भागों के निर्माण के लिए, TD कोटिंग अत्यधिक प्रभावी है। किनारों को काटने के लिए, PM सब्सट्रेट पर PVD कोटिंग किनारे को बनाए रखने और छीलने का प्रतिरोध करने में मदद करती है।
• 1180 MPa से ऊपर (मार्टेनसिटिक/हॉट स्टैम्प्ड): केवल उच्चतम कठोरता वाले PM ग्रेड या विशेष मैट्रिक्स हाई-स्पीड इस्पात का ही उपयोग किया जाना चाहिए। सतह तैयारी महत्वपूर्ण है, और डुप्लेक्स कोटिंग्स (नाइट्राइडिंग के बाद PVD) चरम सतह भारों का समर्थन करने के लिए अक्सर उपयोग किया जाता है।

यह भी महत्वपूर्ण है कि सामग्री चयन उत्पादन पारिस्थितिकी का केवल एक भाग है। प्रोटोटाइप से बड़े पैमाने पर उत्पादन तक बढ़ने वाले निर्माताओं के लिए, उन सामग्री को संभालने के लिए उपकरण वाले स्टैम्पर के साथ साझेदारी करना महत्वपूर्ण है। ऐसी कंपनियां शाओयी मेटल तकनीक उच्च टन भार वाले प्रेस (600 टन तक) और IATF 16949-प्रमाणित प्रक्रियाओं का उपयोग सामग्री विशिष्टता और सफल भाग निर्माण के बीच के अंतर को पाटने के लिए करती हैं, यह सुनिश्चित करते हुए कि चुनी गई डाई सामग्री उत्पादन परिस्थितियों के तहत अपेक्षित अनुरूप प्रदर्शन करे।

ऊष्म उपचार और सतह तैयारी के लिए उत्तम अभ्यास

यदि सब्सट्रेट को सही तरीके से तैयार नहीं किया जाता है, तो प्रीमियम कोटिंग वाले सबसे महंगे PM स्टील की विफलता होगी। एक सामान्य विफलता मोड "अंडे के छिलके का प्रभाव" है, जहां कठोर कोटिंग को नरम सब्सट्रेट पर लगाया जाता है। दबाव के तहत, सब्सट्रेट दब जाता है, जिससे भंगुर कोटिंग फट जाती है और छिलखट जाती है।

इसे रोकने के लिए, कोटिंग का समर्थन करने हेतु सब्सट्रेट को पर्याप्त कठोरता तक (आमतौर पर PM इस्पात के लिए 58-62 HRC) ऊष्मा उपचारित किया जाना चाहिए। तीन बार टेम्परिंग अक्सर अवशिष्ट ऑस्टेनाइट को परिवर्तित करने और आयामी स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक होता है। इसके अतिरिक्त, कोटिंग से पहले सतह की समाप्ति अनिवार्य है। उपकरण की सतह को लगभग 0.2 µm या उससे बेहतर खुरदरापन औसत (Ra) तक पॉलिश किया जाना चाहिए। उपकरण पर छोड़े गए किसी भी ग्राइंडिंग निशान या खरोंच तनाव वृद्धि का कारण बन सकते हैं जिससे दरारें उत्पन्न हो सकती हैं या कोटिंग की चिपकने की क्षमता कमजोर हो सकती है।

अंत में, रखरखाव रणनीतियों को अनुकूलित करना होगा। आप कोटिंग को हटाए बिना केवल कोटिंग युक्त उपकरण को तेज करने के लिए पीस नहीं सकते। PVD-कोटेड उपकरणों के लिए, कोटिंग को अक्सर रासायनिक रूप से हटाना पड़ता है, फिर उपकरण को तेज और पॉलिश किया जाता है, और फिर पूर्ण प्रदर्शन बहाल करने के लिए पुनः कोटिंग की जाती है। इस जीवन चक्र लागत को प्रारंभिक डाई सामग्री चयन में शामिल करना चाहिए।

दीर्घकालिक उत्पादन के लिए अनुकूलन

उच्च शक्ति स्टील (AHSS) में परिवर्तन के लिए उपकरणों के प्रति एक समग्र दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है। अतीत के "सुरक्षित" विकल्पों पर निर्भर रहना अब पर्याप्त नहीं है। इंजीनियरों को डाई को एक सम्मिश्र प्रणाली के रूप में देखना चाहिए जहाँ सब्सट्रेट संरचनात्मक बल प्रदान करता है और कोटिंग ट्राइबोलॉजिकल प्रदर्शन प्रदान करती है। PM इस्पात की कठोरता को आधुनिक कोटिंग की पहनने के प्रतिरोध के साथ मिलाकर, निर्माता उच्च शक्ति वाली सामग्री के स्टैम्पिंग की चुनौती को एक निरंतर, लाभदायक ऑपरेशन में बदल सकते हैं। प्रीमियम सामग्री की प्रारंभिक लागत लगभग हमेशा कम डाउनटाइम और कम स्क्रैप दर के माध्यम से वसूल ली जाती है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

1. AHSS स्टैम्पिंग के लिए सबसे अच्छी डाई सामग्री क्या है?

590 MPa से ऊपर के अधिकांश AHSS अनुप्रयोगों के लिए, वैनाडिस 4E, CPM 3V या समान ग्रेड जैसे पाउडर धातुकर्म (PM) उपकरण इस्पात को सबसे अच्छा विकल्प माना जाता है। पारंपरिक D2 के विपरीत, PM इस्पात में एक महीन, समान सूक्ष्म संरचना होती है जो चिपिंग का प्रतिरोध करने के लिए आवश्यक कठोरता प्रदान करती है जबकि उच्च संपीड़न शक्ति बनाए रखती है।

2. एएचएसएस के साथ D2 टूल स्टील की विफलता क्यों होती है?

D2 मुख्य रूप से अपनी सूक्ष्म संरचना के कारण विफल होता है, जिसमें बड़े "कार्बाइड स्ट्रिंगर" होते हैं। जब एएचएसएस स्टैम्पिंग के उच्च आघात और संपर्क दबाव के अधीन होता है, तो ये स्ट्रिंगर तनाव संकेंद्रण बिंदुओं के रूप में कार्य करते हैं, जिससे दरार और छीलने की समस्या होती है। D2 में उच्च-शक्ति वाली सामग्री द्वारा उत्पन्न स्नैप-थ्रू बलों को संभालने के लिए आवश्यक कठोरता भी नहीं होती है।

3. स्टैम्पिंग डाई के लिए PVD और CVD कोटिंग्स में क्या अंतर है?

मुख्य अंतर आवेदन तापमान में है। PVD (फिजिकल वेपर डिपॉजिशन) को कम तापमान पर लगाया जाता है (~500°C), जिससे टूल स्टील के मुलायम या विकृत होने से रोका जा सकता है। CVD (केमिकल वेपर डिपॉजिशन) और TD (थर्मल डिफ्यूजन) को बहुत अधिक तापमान पर लगाया जाता है (~1000°C), जिससे एक मजबूत धात्विक बंधन और मोटी कोटिंग बनती है, लेकिन टूल को पुनः कठोर करने की आवश्यकता होती है, जिससे आयामी विकृति का जोखिम रहता है।

4. मुझे स्टैम्पिंग के लिए पाउडर मेटलर्जी (PM) स्टील का उपयोग कब करना चाहिए?

आपको 590 MPa से अधिक तन्य शक्ति वाली शीट मेटल को स्टैम्प करते समय या रखरखाव लागत के महत्व के कारण कम शक्ति वाली सामग्री के लंबे उत्पादन के लिए PM स्टील पर स्विच कर देना चाहिए। जटिल डाई ज्यामिति वाले किसी भी अनुप्रयोग के लिए, जहां दरार का खतरा अधिक हो, PM स्टील आवश्यक है।